[发明专利]单管共轴光声光谱测声器及采用该测声器的气体探测装置

权利要求书

1.一种单管共轴光声光谱测声器，其特征在于，包括单管共轴石英增强光声光谱传感组件（55）；所述单管共轴石英增强光声光谱传感组件（55）包括一个音叉式石英晶振（17）以及与音叉式石英晶振（17）相配的一个由不锈钢毛细管制成的声学谐振腔（18）；所述声学谐振腔（18）垂直于音叉式石英晶振（17）的振臂侧面且声学谐振腔（18）被称为腰部（181）的中间部分位于音叉式石英晶振（17）的振臂间隙内；所述声学谐振腔（18）在位于音叉式石英晶振（17）的振臂间隙内且与两个振臂的内振动面相对应的腰部（181）侧壁上开有一对左右对称并均与声学谐振腔（18）内部连通的方孔（182）；方孔（182）的宽度小于音叉式石英晶振（17）振臂的厚度；所述音叉式石英晶振（17）采用共振频率为7.2 KHz、振臂间隙为0.8mm的大音叉；音叉式石英晶振（17）振臂长度、宽度和厚度分别为10 mm, 0.9 mm和0.25 mm；所述声学谐振腔（18）的长度为25~38mm；所述方孔（182）的高度为0.2-0.33mm，宽度为0.09mm；声学谐振腔（18）的中心轴线与音叉式石英晶振（17）振臂顶端所在水平面的垂直距离为1.2mm。

2.如权利要求1所述的单管共轴光声光谱测声器，其特征在于，当声学谐振腔（18）的外径小于音叉式石英晶振（17）的振臂间隙时，所述方孔（182）直接开在腰部（181）与两个振臂的内振动面相对的左右两侧壁之上；当声学谐振腔（18）的外径大于或等于音叉式石英晶振（17）的振臂间隙时，需要对腰部（181）的左右两侧进行打磨，左右两侧分别打磨后形成一对对称的凹槽结构，使腰部（181）宽度小于振臂间隙；所述方孔（182）开在左右两侧打磨后的凹槽处，装配条件是：声学谐振腔内径﹤声学谐振腔腰部的厚度﹤振臂间隙。

3.如权利要求1或2所述的单管共轴光声光谱测声器，其特征在于，还包括一个微型气室（56），所述微型气室（56）的侧壁上沿光路分别设有一个入射窗口（51）和一个出射窗口（52）；所述单管共轴石英增强光声光谱传感组件（55）位于微型气室（56）内部；所述入射窗口（51）、单管共轴石英增强光声光谱传感组件（55）和出射窗口（52）顺次位于同一光路上；所述微型气室（56）上端靠近入射窗口（51）一侧的位置设有进气口（53）；微型气室（56）的上端靠近出射窗口（52）一侧的位置设有出气口（54）；所述音叉式石英晶振（17）以及声学谐振腔（18）均通过设于二者下部的支座固定在微型气室（56）的底部内壁上；音叉式石英晶振（17）的两个引脚均由微型气室（56）的底部密封穿出。

4.一种气体探测装置，其特征在于，包括光源、顺次设在光源出射光路上的透镜组（4）、如权利要求3所述的单管共轴光声光谱测声器（5）以及功率计（6）；所述音叉式石英晶振（17）的第一引脚（12）连接到地线（11），音叉式石英晶振（17）的第二引脚（13）通过前置放大器（14）连接有一个锁相放大器（15）；还包括带有数据采集卡的计算机（16）；所述锁相放大器（15）的信号输出端与数据采集卡的一个信号输入端相连接；数据采集卡的信号输出端与计算机的信号输入端相连接；还包括函数发生器（1），所述函数发生器（1）的一个信号输出端与光源的驱动端相连接，函数发生器（1）的另一个信号输出端与锁相放大器（15）的同步信号输入端相连接；功率计（6）的信号输出端与数据采集卡的信号输入端相连接；所述入射窗口（51）、单管共轴石英增强光声光谱传感组件（55）和出射窗口（52）位于透镜组（4）的出射光路上。

5.如权利要求4所述的气体探测装置，其特征在于，所述光源包括DFB激光器（3）以及用于驱动DFB激光器（3）的激光器驱动板（2）；所述函数发生器（1）的一个信号输出端与激光器驱动板（2）的调制端口相连接。

6.如权利要求4或5所述的气体探测装置，其特征在于，微型气室（56）的进气口（53）上通过管路顺次连接有压力控制器（9）和干燥剂（10）；微型气室（56）的出气口（54）上通过管路顺次连接有气体流量控制阀（8）和机械泵（7）。