[发明专利]基于石英增强光声光谱的全光学气体探测方法及装置

摘要

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。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。

主权项

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=ΔI，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ΔI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ΔI与待测气体浓度y成线性关系；设反射光的强度变化量ΔI与某一种待测气体浓度y的关系式为y=kΔI+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, ΔI]值拟合出k和b，即得到反射光强度的变化量ΔI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10~80°。