采用漫反射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光声光谱技术和漫反射积分腔应用技术领域，尤其涉及一种采用漫反 射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 气体浓度的实时监测在工业生产、环境监测等领域都有十分重要的应用，例如煤 炭燃烧的过程中会产生大量N0,对环境及人身都有巨大危害，因此工业上常在烟道中通入 NH3，使其与NO进行反应，生成队及H 20,达到消除NO的目的。然而順3成本较高，过量会导 致浪费，不足又会导致NO过滤不彻底，因而对順 3浓度的准确测量就尤为重要。
[0003] 光声光谱技术（Photoacoustic spectroscopy-PAS)作为一种新型气体传感技术， 具有灵敏度高，可实时监测等特点。近年来，低噪声、高灵敏度的微音器及微弱信号电子检 测技术的发展，更使得光声光谱气体检测技术灵敏度的大幅度提升成为可能。另一方面，为 使装置的气体检测限更低，在传统PAS技术的基础上，增加光声池的光程是提高探测灵敏 度的有效手段。对于传统光声池，光线入射后，大部分光能从出射窗口出射，未被池内气体 吸收，光能的利用率较低。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决光声光谱技术在对气体进行检测时，传统光声池光能的利用率 较低的问题，现提供采用漫反射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的方法及装置。
[0005] 采用漫反射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的方法，该方法是基于下述装置 实现的，所述装置包括：锯齿波信号发生器1、正弦波信号发生器2、耦合器3、电流控制器4、 温度控制器5、可调谐二极管激光器6、楔形玻璃片7、漫反射长方腔8和信号转换装置11 ;
[0006] 锯齿波信号发生器1的锯齿波信号输出端连接耦合器3的锯齿波信号输入端，
[0007] 正弦波信号发生器2的正弦波信号输出端连接耦合器3的正弦波信号输入端，
[0008] 耦合器3的耦合信号输出端连接电流控制器4的耦合信号输入端，
[0009] 电流控制器4的电流信号输出端连接可调谐二极管激光器6的电流信号输入端，
[0010] 温度控制器5的温控信号输出端连接可调谐二极管激光器6的温控信号输入端，
[0011] 可调谐二极管激光器6输出的激光入射至楔形玻璃片7的斜面，楔形玻璃片7将 其入射光透射至漫反射长方腔8内，
[0012] 漫反射长方腔8内充有待测量的气体，信号转换装置11位于漫反射长方腔8内， 且用于采集漫反射长方腔8内的气压信号；
[0013] 所述方法包括：
[0014] 步骤一：将锯齿波信号发生器1产生的扫描锯齿波信号和正弦波信号发生器2产 生的调制正弦波信号通过耦合器3耦合到电流控制器4上，
[0015] 步骤二：通过电流控制器4与温度控制器5控制可调谐二极管激光器6的工作电 流和工作温度，使得可调谐二极管激光器6输出激光，且该激光的中心波长能够完整地扫 描过待测量气体吸收线，
[0016] 步骤三：将可调谐二极管激光器6输出的激光经楔形玻璃片7透射入漫反射长方 腔8内，漫反射长方腔8的入射光被腔内壁多次反射直至形成均匀光场，使得入射光在腔内 的光程延长，
[0017] 步骤四：利用信号转换装置11采集漫反射长方腔8内的气压变化信号，并将该气 压变化信号转换为电信号，即：调制信号，
[0018] 步骤五：利用正弦波信号发生器2产生的调制正弦波信号对调制信号进行解调， 获得调制信号的二次谐波分量，即待测气体调制信号的第二阶傅立叶展开系数S s (ω。)，
[0019] 步骤六：利用待测气体调制信号的第二阶傅立叶展开系数Ss(co。）获得待测量气 体的浓度N s，
[0020] Ns= Ss(?0)Nr/Sr(?0)
[0021] 其中，SJco。）为标定气体浓度为队时，标定气体调制信号的第二阶傅立叶展开系 数。
[0022] 采用漫反射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的装置，它包括：锯齿波信号发 生器1、正弦波信号发生器2、耦合器3、电流控制器4、温度控制器5、可调谐二极管激光器 6、楔形玻璃片7、漫反射长方腔8、信号转换装置11、锁相放大器12、数据采集卡13和计算 机14 ;
[0023] 锯齿波信号发生器1的锯齿波信号输出端同时连接耦合器3的锯齿波信号输入端 和数据采集卡13的锯齿波信号输入端，
[0024] 正弦波信号发生器2的正弦波信号输出端同时连接耦合器3的正弦波信号输入端 和锁相放大器12的正弦波信号输入端，
[0025] 親合器3的親合信号输出端连接电流控制器4的親合信号输入端，
[0026] 电流控制器4的电流信号输出端连接可调谐二极管激光器6的电流信号输入端，
[0027] 温度控制器5的温控信号输出端连接可调谐二极管激光器6的温控信号输入端，
[0028] 可调谐二极管激光器6输出的激光入射至楔形玻璃片7的斜面，楔形玻璃片7将 其入射光透射至漫反射长方腔8内，
[0029] 漫反射长方腔8内充有待测量的气体，信号转换装置11位于漫反射长方腔8内， 且用于采集漫反射长方腔8内的气压信号，
[0030] 信号转换装置11的调制信号输出端连接锁相放大器12的调制信号输入端，
[0031] 锁相放大器12的解调信号输出端连接数据采集卡13的解调信号输入端，
[0032] 数据采集卡13的解调信号输出端连接计算机14的解调信号输入端。
[0033] 上述计算机14中包括以下单元：
[0034] 信号采集单元：采集数据采集卡13输出的解调信号，
[0035] 气体浓度计算单元：利用解调信号获得待测量气体的浓度Ns，
[0036] Ns= Ss(?0)Nr/Sr(?0)
[0037] 其中，Ss(co。）为待测量气体调制信号的第二阶傅立叶展开系数，g卩：解调信号， S1^ ( ω。）为标定气体浓度为队时，标定气体调制信号的第二阶傅立叶展开系数。
[0038] 本发明所述的采用漫反射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的方法及装置，在 继承传统光声光谱技术优势的基础上，将生产工艺简单、价格低廉的高漫反射长方腔应用 于光声光谱痕量气体探测中，通过延长光程，从而提高了气体测量的灵敏度，提高了光能的 利用率，进而降低了气体浓度测量系统的成本，并具有响应速度快、稳定性好、维护简单、可 实时监测等优点。本发明可对低浓度气体进行实时监测。
【附图说明】
[0039] 图1为采用漫反射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的方法的流程图；
[0040] 图2为采用漫反射积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0041] 一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的采用漫反射 积分腔作为光声池测量痕量气体浓度的方法，该方法是基于下述装置实现的，所述装置包 括：锯齿波信号发生器1、正弦波信号发生器2、耦合器3、电流控制器4、温度控制器5、可调 谐二极管激光器6、楔形玻璃片7、漫反射长方腔8和信号转换装置11 ;
[0042] 锯齿波信号发生器1的锯齿波信号输出端连接耦合器3的锯齿波信号输入端，
[0043] 正弦波信号发生器2的正弦波信号输出端连接耦合器3的正弦波信号输入端，
[0044] 耦合器3的耦合信号输出端连接电流控制器4的耦合信号输入端，
[0045] 电流控制器4的电流信号输出端连接可调谐二极管激光器6的电流信号输入端，
[0046] 温度控制器5的温控信号输出端连接可调谐二极管激光器6的温控信号输入端，
[0047] 可调谐二极管激光器6输出的激光入射至楔形玻璃片7的斜面，楔形玻璃片7将 其入射光透射至漫反射长方腔8内，
[0048] 漫反射长方腔8内充有待测量的气体，信号转换装置11位于漫反射长方腔8内，