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1、(10)申请公布号 CN 103411898 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103411898 A *CN103411898A* (21)申请号 201310305128.4 (22)申请日 2013.07.20 G01N 21/27(2006.01) (71)申请人 山西大学 地址 030006 山西省太原市坞城路 92 号 (72)发明人 董磊 武红鹏 (74)专利代理机构 太原科卫专利事务所 ( 普通 合伙 ) 14100 代理人 朱源 (54) 发明名称 基于石英增强光声光谱的全光学气体探测方 法及装置 (57) 摘要 本发明涉及光声光谱测量技术， 具体是一种 基。
2、于石英增强光声光谱的全光学气体探测方法及 装置。解决了目前光声光谱技术中探测信号易受 电磁环境干扰且器件布置易受空间大小影响的技 术问题。一种基于石英增强光声光谱的全光式微 量气体探测方法， 引入一束探测光入射至音叉式 石英晶振的任意一个振臂的外侧面， 采集固定在 空间位置上的一个接收平面接收到的反射光因反 射方向变化引起的强度变化信息， 根据该强度变 化信息得到待测气体的浓度。本装置在测量处 只有光学器件， 因此具有极强的抗电磁干扰能力 ； 本装置及方法具有极强的技术普适性， 完全可应 用于环境监测、 食品安全监测以及工业生产控制 等不同领域的远距离无损探测。 (51)Int.Cl. 权利要。
3、求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103411898 A CN 103411898 A *CN103411898A* 1/2 页 2 1. 一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测方法， 包括基于音叉式石英晶振 的气体共振发生方法 ； 其特征在于， 还包括全光学探测方法 ； 所述全光学探测方法采用以 下步骤 ： 引入一束探测光入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面， 音叉式石英晶 振的振臂在待测气体吸收激发光能量后产生的声波的作用下发生共振， 引起入射至。
4、振臂上 的入射光的入射方向及其反射光的反射方向发生变化 ； 采集固定在空间位置上的一个接收 面接收到的反射光因反射方向变化引起的强度变化信息， 根据该强度变化信息得到待测气 体的浓度 ； 所述入射光与反射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直于音叉式石英晶振的振 臂外侧面 ； 所述接收面接收到的反射光的强度变化量 I大 I小=I， 式中 I大、 I小分别是接 收面接收到的反射光的强度最大值和最小值 ； 所述反射光的强度变化量 I 与音叉式石英 晶振的振幅成线性关系， 而音叉式石英晶振的振幅与待测气体的浓度 y 成线性关系， 可知 反射光的强度变化量 I 与待测气体浓度 y 成线性关系 ； 设反射光的。
5、强度变化量 I 与某 一种待测气体浓度 y 的关系式为 y=kI+b， 式中 k， b 为待定常数 ； 至少取两份浓度已知的 该种待测气体样品， 分别测出至少两份待测气体样品吸收激光能量后产生声波引起的探测 光反射后的光强变化量， 根据至少两组y, I值拟合出k和b， 即得到反射光强度的变化 量I与待测气体浓度y的定量关系， 据此就可以用于测定该种气体的浓度 ； 选择不同气体 的样品， 拟合出每种气体对应的 k， b 值， 就可用于测定这些气体的浓度 ； 所述用于探测的入 射光与音叉式石英晶振的振臂外侧面的法线所成角度为 1080。 2. 一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 用。
6、于实现如权利要求 1 所 述的方法， 包括激发光发射装置、 函数发生器 （8） 和计算机系统 （10） ； 激发光发射装置的出 射光路上依次设有光束聚焦器 （2） 和气体池， 气体池内设有音叉式石英晶振 （3） ； 函数发生 器 （8） 的一个信号输出端与激发光发射装置的电流调制端相连接 ； 计算机系统 （10） 的信号 输出端与激发光发射装置的控制端相连接 ； 其特征在于还包括全光学探测装置 ； 所述全光 学探测装置包括探测光发射装置、 汇聚透镜 （6） 、 光电转换装置 （7） 以及锁相放大器 （9） ； 所 述光电转换装置 （7） 的信号输出端与锁相放大器 （9） 的一个信号输入端相连接。
7、 ； 锁相放大 器 （9） 的另一个信号输入端与函数发生器 （8） 的另一个信号输出端相连接 ； 锁相放大器 （9） 的信号输出端与计算机系统 （10） 的信号输入端相连接 ； 所述探测光发射装置的位置应保 证其出射光与音叉式石英晶振 （3） 的振臂外侧面的法线所成角度为 1080； 探测光发射装 置的出射光打在振臂外侧面后产生的反射光与出射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直 于音叉式石英晶振的振臂外侧面 ； 所述汇聚透镜 （6） 和光电转换装置 （7） 顺次设在反射光 路上。 3. 如权利要求 2 所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 其特征在 于， 所述音叉式石英晶振 （3）。
8、 的振臂外侧面贴有反射膜。 4. 如权利要求 2 或 3 所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 其特 征在于， 所述激发光发射装置包括激发光源 （1） 以及驱动激发光源 （1） 的激发光源驱动器 （11） ； 所述探测光发射装置包括探测光源 （5） 以及与之配套的探测光源驱动器 （4） ； 所述函 数发生器 （8） 的信号输出端与激发光源驱动器 （11） 的电流调制端相连接 ； 计算机系统 （10） 的信号输出端与激发光源驱动器 （11） 的控制端相连接。 5. 如权利要求 3 所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 其特征在 于， 所述反射膜采用薄锡纸或塑料纸。。
9、 权 利 要 求 书 CN 103411898 A 2 2/2 页 3 6. 如权利要求 2 或 3 所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 其特 征在于， 所述光电转换装置 （7） 采用光电探测器或位置探测器或多相限探测器。 7. 如权利要求 4 所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 其特征在 于， 所述光电转换装置 （7） 采用光电探测器或位置探测器或多相限探测器。 8. 如权利要求 4 所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 其特征在 于， 所述探测光源 （5） 采用激光器或激光笔。 9. 如权利要求 4 所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量。
10、气体探测装置， 其特征在 于， 探测光源 （5） 出射光路上设有准直器。 权 利 要 求 书 CN 103411898 A 3 1/6 页 4 基于石英增强光声光谱的全光学气体探测方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及光声光谱测量技术， 具体是一种基于石英增强光声光谱的全光学气体 探测方法及装置。 背景技术 0002 随着科学技术以及经济社会的不断发展， 环境问题也日益凸显， 无论出于工业生 产监控还是人们健康生活， 对气体质量的监测正变得越来越重要， 相关研究人员也一直为 此进行着不懈的努力。激光光声光谱技术便是发展较为成熟的一种气体探测技术， 它具有 探测灵敏度高、 动态响应范围大以及。
11、响应速度快等优点， 在空气质量监测， 石油化工、 航天 医疗以及国防科研等领域都有着广泛应用。 0003 传统的光声光谱技术 （QEPAS） 采用麦克风作为光声信号探测器件， 它的光声池体 积较大， 并且很容易受到外界环境噪声的影响。随着相关技术的发展， Kosterev 等人创造 性的用石英音叉代替麦克风作为光声信号探测器， 首次提出石英增强光声光谱技术， 并于 2005年6月2日在美国申请获得发明专利 （专利说明书为 USZOOS / 0117155AI ） 。 利用该 专利所述仪器探测时， 由函数发生器发出频率为石英音叉共振频率f0的一半 f0/2 的正弦 交流信号通过激光控制器对激光频。
12、率进行调制， 与此同时， 激光控制器提供一定大小的直 流电流使激光器输出光波长恰好位于待测气体的特定吸收线波长处。 位于音叉式石英晶振 两振臂间隙附近的待测气体样品吸收受调制的激光后将产生频率与石英音叉的共振频率 f0相同的声波。由于声波的频率与石英晶振的共振频率相同， 因此二者会产生共振。音叉 的振动在其自身压电效应的特性下会转化为压电电流， 该微弱电流经前置放大器放大后传 输至锁相放大器进行解调最终获得包含待测气体信息的吸收谱信号。 0004 该方法目前已经得到广泛的应用， 但仍然有一些应用限制。 首先， 前置放大器必须 安置在距离音叉式石英晶振非常近的地方， 以避免微弱的压电信号淹没在噪。
13、声之中 ； 其次， 为了把前置放大器与外界电磁场隔离， 接地良好的电磁屏蔽罩必须被使用， 否者很容易串 入电磁噪声。这样， 当测量位置处空间很小时 （空间不足以安放前置放大器） ， 或者当测量处 电磁场干扰很大， 这时信噪比会迅速恶化， 从而无法完成测量。 0005 传统的光声光谱技术中， 采用激光器、 光束聚焦器、 气体池、 音叉式石英晶振等组 成的用于激发待测气体产生声波的方法称为基于音叉式石英晶振的气体共振发生方法 ； 音 叉式石英晶振包括一对通过下部固定在一起、 间隔一定且竖直设置的振臂， 两振臂相对的 一面称作内侧面， 与内侧面相对的一面称为外侧面。 发明内容 0006 本发明为解决。
14、目前石英增强光声光谱技术中探测信号易受电磁环境干扰且器件 布置易受空间大小影响的技术问题， 提供一种基于石英增强光声光谱的全光学气体探测方 法及装置。 0007 本发明所述的一种基于石英增强光声光谱的全光学气体探测方法是采用以下技 说 明 书 CN 103411898 A 4 2/6 页 5 术方案实现的 ： 一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测方法， 包括基于音叉式 石英晶振的气体共振发生方法 ； 还包括全光学探测方法 ； 所述全光学探测方法采用以下步 骤 ： 引入一束探测光入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面， 音叉式石英晶振的 振臂在待测气体吸收激发光能量后产生的声波的作用。
15、下发生共振， 引起入射至振臂上的入 射光的入射方向及其反射光的反射方向发生变化 ； 采集固定在空间位置上的一个接收面接 收到的反射光因反射方向变化引起的强度变化信息， 根据该强度变化信息得到待测气体的 浓度 ； 所述入射光与反射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直于音叉式石英晶振的振臂侧 面 ； 所述接收面接收到的反射光的强度变化量 I大 I小=I， 式中 I大、 I小分别是接收面接 收到的反射光的强度最大值和最小值 ； 所述反射光的强度变化量 I 与音叉式石英晶振的 振幅成线性关系， 而音叉式石英晶振的振幅与待测气体的浓度 y 成线性关系， 可知反射光 的强度变化量 I 与待测气体浓度 y 成线。
16、性关系 ； 设反射光的强度变化量 I 与某一种待 测气体浓度 y 的关系式为 y=kI+b， 式中 k， b 为待定常数 ； 至少取两份浓度已知的该种待 测气体样品， 分别测出至少两份待测气体样品吸收激光能量后产生声波引起的探测光反射 后的光强变化量， 根据至少两组 y, I 值拟合出 k 和 b， 即得到反射光强度的变化量 I 与待测气体浓度 y 的定量关系 ； 据此就可以用于测定该种气体的浓度 ； 选择不同气体的样 品， 拟合出该种气体对应的 k， b 值， 就可用于测定该种气体的浓度 ； 所述用于探测的入射光 与音叉式石英晶振的振臂外侧面的法线所成角度为 1080。 0008 传统的石英。
17、增强光声光谱技术是靠压电效应把音叉的两振臂的振动转化为电流， 通过前置放大器放大后进行检测。 本发明中， 区别于传统的石英增强光声光谱技术， 设计了 一种全光学的探测方法。我们引入了一束探测光， 打在音叉式石英晶振的一个振臂的外侧 面上， 把振动信号 （振臂振动幅度） 转化为探测光反射后的强度变化量， 采用一个固定在空 间位置上的接收面接收反射光， 并采集反射光照射在该接收面上的光强信号， 同时将该光 强信号转换为相应的电信号。该方法优点是不再需要高灵敏前置放大器， 接收面能够被放 置的很远， 理论上， 放置的越远， 反射光强的变化量就越大。这种设计可以很好的解决传统 的光声光谱探测方法存在的。
18、问题。基于这种方法的传感装置， 能够被用于测量空间狭小或 受限的情况下， 也可以用来检测在强电磁干扰下的光声信号。 0009 由图 4 可以看出， 音叉式石英晶振的振臂被待测气体吸收激发光的能量后所产生 的声波从第一位置 15 推到第二位置 16， 变化角度为 a， 根据光学原理可知， 入射光线 12 在 第一位置 15 生成的第一反射光线 13 与在第二位置 16 生成的第二反射光线 14 之间， 变化 的角度为 2a， 如果接收面距离石英晶振的振臂距离为 x， 那么反射光束在接收面 （图中接收 面为光电转换装置的感光面） 移动的距离为 2ax， 从而引起接收面接收到的光强度发生相应 的变化。
19、， 即所述强度变化量 I 与音叉式石英晶振的振幅成线性关系， 而音叉式石英晶振 的振幅与待测气体的浓度 y 成线性关系， 可知反射光的强度变化量 I 与待测气体浓度成 线性关系 ； 通过测量某种气体所产生的反射光的强度变化量 I， 就可以知道该种气体的 浓度。 针对某种气体， 可以对其预先进行标定， 即先得出待测气体浓度与特定的反射光的强 度变化量之间的确定关系， 就可以用于测定该种气体的浓度 ； 选定多种气体的样品， 得出这 些气体浓度与特定的反射光的强度变化量之间的确定关系并存储起来， 就可以测量多种气 体的浓度。考虑到振臂振动幅度的大小以及相应的测量元件的布置问题， 所述入射光与反 射光。
20、所在平面为竖直平面并与振臂外侧面垂直， 振臂的振动方向与竖直平面平行， 这样反 说 明 书 CN 103411898 A 5 3/6 页 6 射光与入射光才能始终位于同一平面内， 便于仪器的布置与测量 ； 所述用于探测的入射光 与音叉式石英晶振的振臂外侧面的法线所成角度为 1080， 这样反射光的强度变化量才 与振臂的振动幅度呈严格的线性关系， 而且有利于各器件的布置。 0010 本发明所述的一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置是采用以 下技术方案实现的 ： 一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 包括激发光 发射装置、 函数发生器和计算机系统 ； 激发光发射装置的出射。
21、光路上依次设有光束聚焦器 和气体池， 气体池内设有音叉式石英晶振 ； 函数发生器的一个信号输出端与激发光发射装 置的电流调制端相连接 ； 计算机系统的信号输出端与激发光发射装置的控制端相连接 ； 还 包括全光学探测装置 ； 所述全光学探测装置包括探测光发射装置、 汇聚透镜、 光电转换装置 以及锁相放大器 ； 所述光电转换装置的信号输出端与锁相放大器的一个信号输入端相连 接 ； 锁相放大器的另一个信号输入端与函数发生器的另一个信号输出端相连接 ； 锁相放大 器的信号输出端与计算机系统的信号输入端相连接 ； 所述探测光发射装置的位置应保证其 出射光与音叉式石英晶振的振臂外侧面的法线所成角度为 10。
22、80 ； 探测光发射装置的出 射光打在振臂外侧面后产生的反射光与出射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直于音叉 式石英晶振的振臂外侧面 ； 所述汇聚透镜和光电转换装置顺次设在反射光路上。 0011 如图 1 所示， 进行测量时， 激发光发射装置发射的是中心波长处于待测气体目标 吸收线处的激光，（本实验以空气中的水汽为目标气体进行验证， 因此该激发光发射装置所 发射激光的中心波长为 1368.7m） 。对痕量气体进行检测时函数发生器以二分之一f0（f0 为所用音叉式石英晶振的共振频率） 的频率输出正弦调制信号给激发光发射装置， 激发光 发射装置输出光的波长得到调制， 被调制的光束经过一焦距为 10m。
23、m 的光束聚焦器汇聚， 通 过调节音叉式石英晶振的相对位置使汇聚后的光束焦点恰好位于音叉的两个振臂之间， 在 此前提下激发光无接触的穿过音叉振臂间隙并与待测气体作用产生声波最终引发音叉的 共振 ； 在激发光发射装置工作的同时， 另一路探测激光发射装置输出一束探测光， 该光束无 须经调制等任何方式的处理， 该光束以一定角度 （10-80 度） 照射在发生共振的音叉式石英 晶振的某一振臂的外侧面上 （位置 ： 从振臂顶端向下算 0.3-1.5mm 之间） 并被以一定的角度 反射， 该反射光路上放置有光电转换装置以对其强度进行探测。由于此时音叉处于共振状 态且振动的幅度会随着待测气体浓度以及激光波长。
24、的改变而变化， 因此探测光的入射角是 随时间不断发生微小改变的， 由几何光学相关原理可知其反射光会以入射光变化角度 2 倍 的角度改变传播方向， 在传播一段距离后该角度的改变会以光电转换装置感光面 （即接收 面） 上光斑位置的改变反映出来 （传播距离越长， 变化越明显） , 由于光电转换装置的感光 面积很小 （实验所用光电转换装置感光面积为 0.8mm2） ， 因此光斑位置的改变会以光电转换 装置探测到的光强度的改变反映出来。为增强探测效果， 在光电转换装置前放置了汇聚透 镜对光束进行整形汇聚使反射光经过透镜汇聚后的焦点恰好处于光电转换装置的感光区 域内。 光电转换装置将探测到的光强信号转换为。
25、电信号后会将该信号传输至与之相连的锁 相放大器中， 锁相放大器同时接收函数发生器送来的同步信号对光电转换装置信号进行解 调， 解调出的包含有待测气体浓度信息的电信号被实时传输至与之相连的计算机系统， 计 算机系统在相应软件的支持下根据接收到的信号计算出光强的变化量， 然后转换成相应的 图像并显示出来， 待测气体的浓度可从图像中直接读出也可以数字的形式直接显示。计算 机系统预先存储了多种气体的浓度与光强变化量之间的对应信息， 获得某种待测气体对的 说 明 书 CN 103411898 A 6 4/6 页 7 光强变化量， 计算机系统就在相应软件的支持下计算出该种气体的浓度值。所述相应软件 是本领。
26、域技术人员的公知技术， 是易于编写的。所述的光电转换装置有多种结构和型号可 供选择， 其结构和使用方法为本领域技术人员所熟知。 0012 所述音叉式石英晶振的振臂外侧面贴有反射膜。 0013 我们在探测光源与音叉振臂相互作用的极小区域内粘贴了反射膜以增强反射光 的强度。 0014 本实验的有益效果是 ：（一） 与传统的石英增强光声光谱相比， 本装置在测量处没 有电学器件， 只有光学器件， 因此具有极强的抗电磁干扰能力， 为强电磁场环境中的气体探 测提供了一种新的探测方式。 （二） 本装置的探测对象为光信号， 因此较传统石英增强光 声光谱技术具有了远距离探测的优势， 而且不必考虑远距离传输过程中。
27、环境噪声的干扰。 （三） 由于本实验装置中用做探测光源的光无波长选择性且在入射时无需进行光束汇聚整 形， 因此可降低成本并大大简化装置的搭建步骤便于快速展开实时探测。 （四） 该装置及方 法具有极强的技术普适性， 完全可应用于环境监测、 食品安全监测以及工业生产控制等不 同领域的远距离无损探测。 附图说明 0015 图 1 本发明所述装置的结构示意图。 0016 图 2 具体测量中光电探测器测得的信号示意图。 0017 图 3 采用本发明所述方法与传统方法所获得的测量结果对比示意图。 0018 图 4 音叉式石英晶振振臂振动引起反射光角度变化的示意图。 0019 1- 激发光源， 2- 光束聚。
28、焦器， 3- 音叉式石英晶振， 4- 探测光源驱动器， 5- 探测光 源， 6- 汇聚透镜， 7- 光电转换装置， 8- 函数发生器， 9- 锁相放大器， 10- 计算机系统， 11- 激 发光源驱动器， 12-入射光线， 13-第一反射光线， 14-第二反射光线， 15-音叉式石英晶振振 臂第一位置， 16- 音叉式石英晶振振臂第二位置。 具体实施方式 0020 一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测方法， 包括基于音叉式石英晶 振的气体共振发生方法 ； 还包括全光学探测方法 ； 所述全光学探测方法采用以下步骤 ： 引 入一束探测光入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面， 音叉式石。
29、英晶振的振臂在 待测气体吸收激发光能量后产生的声波的作用下发生共振， 引起入射至振臂上的入射光的 入射方向及其反射光的反射方向发生变化 ； 采集固定在空间位置上的一个接收面接收到的 反射光因反射方向变化引起的强度变化信息， 根据该强度变化信息得到待测气体的浓度 ； 所述入射光与反射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外侧面 ； 所述接收面接收到的反射光的强度变化量 I大 I小=I， 式中 I大、 I小分别是接收面接收到 的反射光的强度最大值和最小值 ； 所述反射光的强度变化量 I 与音叉式石英晶振的振幅 成线性关系， 而音叉式石英晶振的振幅与待测气体的浓度 y 成线性关系， 。
30、可知反射光的强 度变化量 I 与待测气体浓度 y 成线性关系 ； 设反射光的强度变化量 I 与某一种待测气 体浓度 y 的关系式为 y=kI+b， 式中 k， b 为待定常数 ； 至少取两份浓度已知的该种待测气 体样品， 分别测出至少两份待测气体样品吸收激光能量后产生声波引起的探测光反射后的 说 明 书 CN 103411898 A 7 5/6 页 8 光强变化量， 根据至少两组 y, I 值拟合出 k 和 b， 即得到反射光强度的变化量 I 与 待测气体浓度 y 的定量关系， 据此就可以用于测定该种气体的浓度 ； 选择不同气体的样品， 拟合出每种气体对应的 k， b 值， 就可用于测定这些气。
31、体的浓度 ； 所述用于探测的入射光与 音叉式石英晶振的振臂外侧面的法线所成角度为 1080（可选择 10、 20、 30、 40、 50、 60、 70、 80） 。 0021 一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置， 包括激发光发射装置、 函数发生器 8 和计算机系统 10 ； 激发光发射装置的出射光路上依次设有光束聚焦器 2 和气 体池， 气体池内设有音叉式石英晶振 3 ； 函数发生器 8 的一个信号输出端与激发光发射装置 的电流调制端相连接 ； 计算机系统 10 的信号输出端与激发光发射装置的控制端相连接 ； 还 包括全光学探测装置 ； 所述全光学探测装置包括探测光发射装置、 。
32、汇聚透镜 6、 光电转换装 置7以及锁相放大器9 ； 所述光电转换装置7的信号输出端与锁相放大器9的一个信号输入 端相连接 ； 锁相放大器9的另一个信号输入端与函数发生器8的另一个信号输出端相连接 ； 锁相放大器9的信号输出端与计算机系统10的信号输入端相连接 ； 所述探测光发射装置的 位置应保证其出射光与音叉式石英晶振 3 的振臂外侧面的法线所成角度为 1080（可选 择 10、 20、 30、 40、 50、 60、 70、 80） ； 探测光发射装置的出射光打在振臂外侧 面后产生的反射光与出射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直于音叉式石英晶振的振臂 外侧面 ； 所述汇聚透镜 6 和光电转换。
33、装置 7 顺次设在反射光路上。 0022 所述音叉式石英晶振 3 的振臂外侧面贴有反射膜。 0023 所述激发光发射装置包括激发光源 1 以及驱动激发光源 1 的激发光源驱动器 11 ； 所述探测光发射装置包括探测光源5以及与之配套的探测光源驱动器4 ； 所述函数发生器8 信号输出端与激发光源驱动器 11 的电流调制端相连接 ； 计算机系统 10 的信号输出端与激 发光源驱动器 11 的控制端相连接。 0024 所述反射膜采用薄锡纸或塑料纸。 0025 所述光电转换装置 7 采用光电探测器或位置探测器或多相限探测器。 0026 所述探测光源 5 采用激光器或激光笔。 0027 探测光源 5 出。
34、射光路上设有准直器。 0028 如图 1 所示， 激发光源 1 在激发光源驱动器 11 的驱动下发出中心波长为 1368.7m 的激光光束， 并在光束聚焦器 2 的作用下被聚焦， 调节音叉式石英晶振 3 的位 置使上述汇聚光的焦点位于音叉两振臂之间并使该光束与音叉无任何接触的穿过 ； 与此同 时， 探测光源5在与之配套的探测光源驱动器4的作用下发出一定波长的光， 该光经准直器 后， 变成光束直径为 0.22mm 的平行光， 并以一定的角度照射在音叉式石英晶振 3 的任一振 臂上， 该入射平行光被反射后经过焦距为 35mm 的汇聚透镜 6 汇聚后被光电探测器 7 探测接 收并将光强信号转化为电信。
35、号实时传输至与之相连的锁相放大器 9， 该锁相放大器 9 同时 接收函数发生器8送来的同步信号对光电探测器7信号进行解调并将结果传输至与之直接 相连的计算机 10， 计算机会在相关软件的运算下最终获得待测气体浓度。 0029 图 2 为将激发光源的工作温度设定在 12.5的情况下， 函数发生器 8 输出的正弦 信号通过激发光源驱动器 11 对激发光源 1 进行调制， 同时计算机 10 控制激发光源驱动器 11， 使其供给激发光源的工作电流以0.1mA步间增加的方式在60mA140mA的范围内均匀改 变 （每次改变的延迟时间均为 2000ms） ， 以此获得的待测气体的吸收谱线， 图中曲线为光电。
36、 说 明 书 CN 103411898 A 8 6/6 页 9 探测器探测得到的测量信号。 0030 图 3 为相同扫描情况下分别利用本专利所述新方法与传统 QEPAS 技术方案获得 的实验结果。如图所示， 我们在将激发光源 1 的工作电流锁定为 120mA 的情况下， 由计算 机 10 控制光源驱动器 11， 使其控制激发光源 1 的工作温度以 0.05步间增加的方式在 5 40的范围内均匀改变 （每次改变的延迟时间均为 4000ms） ， 在此情况下获得了两种 方法各自的扫描曲线。 0031 准直器可以将探测光的准直度提高， 提高探测精度。 说 明 书 CN 103411898 A 9 1/3 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 103411898 A 10 2/3 页 11 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103411898 A 11 3/3 页 12 图 4 说 明 书 附 图 CN 103411898 A 12 。