[实用新型]能对石英音叉谐振频率实时校正的光声光谱气体检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能对石英音叉谐振频率实时校正的光声光谱气体检测装置，属于光声光谱气体检测技术中信号产生与校正领域。

背景技术

目前，石英音叉光声光谱技术作为一种高精度测量手段被应用于气体检测领域，其系统基本结构如图4，其中PC机32控制信号发生器21产生扫描信号后送给激光器控制器22，除此之外还产生参考信号送给锁相放大器30来进行谐波检测，激光器控制器22作为温度控制跟驱动模块，使激光器23正常工作并发光，发出的光经过准直器24后打到镶嵌在气室26端面上的凸透镜25，凸透镜25将光束聚焦在石英音叉27的两叉指中间，光与气室26中的气体作用产生光声效应，激发石英音叉27，石英音叉27探测到的光声信号以电流形式输出，经过电流转电压模块28、前置放大器29后送到锁相放大器30，锁相放大器30提取的二次谐波信号经过数据采集卡31采集后，送入PC机32进行分析提取谐波幅值，得到气体浓度。

在光声光谱气体检测系统中，石英音叉作为探测器在其中起着重要的作用，当石英音叉与谐波信号发生共振的时候达到信号最强，检测效果最好。那么，石英音叉谐振频率的精确测量是一个极为重要的环节。很多以石英音叉作为探测器的光声光谱气体检测系统，石英音叉的谐振频率被测量一次就被系统采用,长时间运行，这其中就存在石英音叉本身谐振频率漂移的问题。

石英音叉在工作过程中，其谐振频率并不是一成不变的。环境温度、压强和音叉表面污染这些因素都会引起石英音叉谐振频率的变动，在实际测量当中，谐振频率的改变直接影响石英音叉对测量信号的频率响应，降低系统测量精度及准确度。因此，在测量过程中对石英音叉的谐振频率进行实时测量与校正就显得很有意义。石英音叉谐振频率的测量方法有很多，武红鹏、董磊等人的发明专利“基于声激励的音叉式石英晶振谐振频率的测量方法及装置”(申请号为：201410153686.8)就是一种测量石英音叉谐振频率的装置。该装置采用声波作为信号源对石英音叉进行频率扫描，同时引入一束探测光，采集固定在空间位置上的一个接收面接收到的反射光强度变化信息，并将其强度转化为相应的电信号，对反射光的电信号进行解调，根据频率响应曲线得到待测石英音叉的固有频率。该发明需要引入声波源，同时反射光路的添加使系统调试起来更加困难，最后解调方式为判断电压变化幅度，这种解调方法不稳定且容易受精度限制，当用在石英音叉光声光谱气体检测系统中时面临集成成本高，使用不灵活。当需要对光声光谱气体检测系统中的石英音叉进行频率测量时，需要进行整个系统的切换，要达到谐振频率的实时测量与校正较为困难。

随着电子产品行业的快速发展，石英晶振的频率特性越来越受到重视。现在，测量石英晶振谐振频率的方法和设备也不乏其例，但都是功能单一的频率测量设备，与其他检测系统集成性能差，兼容性低，用这类设备对光声光谱气体检测系统中的石英音叉进行谐振频率测量成本很高，结构复杂，操作麻烦。那么，开发一种能对石英音叉谐振频率实时校正的光声光谱气体检测装置就显得很有意义。

发明内容

为了提高石英音叉光声光谱气体检测系统的稳定性，需要对系统中的探测元件石英音叉的谐振频率进行实时校正。本实用新型提供了一种能对石英音叉谐振频率实时校正的光声光谱气体检测装置。

本实用新型的方案是采用谐波检测和峰值检波的思路，以电激励的方式，用信号发生器产生步进为0.1Hz的扫频正弦信号来激励石英音叉，根据以往测量经验，石英音叉的带宽为4Hz左右，所以采用0.1Hz为扫频步进，保证石英音叉谐振频率的测量精度的同时，又能尽可能的缩短扫频时间，提高该装置的响应速率；石英音叉受到扫频信号的激励后产生振动，当扫频信号的频率等于石英音叉的谐振频率时，这时候石英音叉共振最强，本身的电阻性最弱，石英音叉模块电路输出的信号幅值最高，锁相放大器锁取输出信号的幅值，这样当一个扫频周期过后，得到一组与频率一一对应的幅值数据，幅值最大处对应的频率即为石英音叉的谐振频率。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的。