专利名称：一种测量痕量气体浓度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光电领域，特别是涉及一种测量痕量气体浓度的装置。
背景技术：
痕量气体检测在污染监控、石油勘探、工业过程控制、航天工业及医学诊断等多个领域都有重要的应用。但是现有测量痕量气体浓度技术的分辨率较低、测量精度较差，不能满足实际需求。

实用新型内容本实用新型提供一种测量痕量气体浓度的装置，用以解决现有测量痕量气体浓度·技术的分辨率较低、测量精度较差，故而不能满足实际需求的问题。本实用新型的装置包括光学组件部分和电信号控制测量部分；其中，所述光学组件部分包括激光器，以及在激光器射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器和样品池，所述样品池中注入有痕量气体；所述空间光束滤波器包括两个聚焦透镜，以及位于所述两个聚焦透镜之间的针孔，光路从所述两个聚焦透镜和针孔内通过；所述样品池中包括石英晶振，以及对称设置在所述石英晶振两侧的两个微谐振腔，所述石英晶振和两个微谐振腔的轴心与光路同轴，所述石英晶振平面与光路相垂直，光路从所述两个微谐振腔内和石英晶振两振臂间通过；其中，所述电信号控制测量部分分别与激光器和石英晶振电连接；在测量所述痕量气体浓度之前，电信号控制测量部分采用校准模式对石英晶振进行校准；在测量所述痕量气体浓度时，电信号控制测量部分切换到测量模式，并根据所述石英晶振将声信号转化得到的电信号，测量所述痕量气体的浓度。进一步，空间光束滤波器的针孔平面与光路非垂直。空间光束滤波器的针孔与激光器之间的聚焦透镜焦点位于所述针孔中心；所述空间光束滤波器的针孔与样品池之间的聚焦透镜成像点位于石英晶振两臂中心。空间光束滤波器的针孔直径为50 μ m至300 μ m。进一步，每个微谐振腔的长度为大于四分之一个声波波长小于二分之一个声波波长，所述的声波波长是指痕量气体中，声波振动一个最小周期所传播的长度，数值等于声速除以石英晶振的共振频率。微谐振腔内径为O. 6_至1_，每个微谐振腔与石英晶振的间隙为 30 μ m M 50 μ m。进一步，样品池的光路方向上还装配有入射窗口和出射窗口，并且与光路非垂直。进一步，样品池上还装配有进气口和出气口，用于注入和排出痕量气体。进一步，电信号控制测量部分包括切换模块，与所述石英晶振电连接，用于切换校准模式和测量模式；信号发生模块，与所述切换模块和激光器电连接，用于发生信号；锁相放大器，与所述切换模块和信号发生模块电连接，用于设置谐波探测模式，并对探测的信号进行解调，以及得出响应曲线；数据采集卡，与锁相放大器电连接，用于采集锁相放大器得出的响应曲线；计算机，与信号发生模块和数据采集卡电连接，用于控制信号发生模块发出信号，以及分析数据采集卡采集的数据。切换模块包括与所述石英晶振输入端电连接的电子开关；与所述电子开关的控制端和一个输入端电连接的耦合电容；与所述石英晶振输出端电连接的集成运放及放大电阻，并且所述集成运放的输出端电连接锁相放大器。或者，切换模块包括与所述石英晶振输入端电连接的继电器；与所述继电器的常开触点和第一信号发生器输出端电连接的耦合电容；与继电器线圈电连接的三极管；与所述石英晶振输出端电连接的集成运放及放大电阻，并且所述集成运放的输出端电连接锁相放大器。信号发生模块包括输出端与所述切换模块电连接的第一信号发生器；触发输入端与所述第一信号发生器的触发输出端电连接的第二信号发生器；与所述激光器的激光调制输入端电连接的电子加法器，所述电子加法器还与第二信号发生器的触发输出端电连接；与所述电子加法器的一个输入端电连接的第三信号发生器。进一步，激光器为中红外量子级联激光器，发射出中红外激光。本实用新型有益效果如下本实用新型的光学部分包括激光器，以及在激光器射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器和样品池；进一步，空间光束滤波器包括两个聚焦透镜和位于其间的针孔，样品池中包括石英晶振以及对称设置在石英晶振两侧的两个微谐振腔。发明人还考虑了石英晶振的共振频率受环境影响而变化，在测量痕量气体浓度前对石英晶振进行校准以及自动切换校准模式和测量模式。通过设置上述各器件，设定各器件之间的相对位置，以及通过电信号控制测量部分完成校准、切换及测量操作，从而使得本实用新型的测量痕量气体浓度的装置相对于现有技术具有更高的分辨率和测量精度，可满足实际需求。

图I为本实用新型实施例一的结构示意图；图2为本实用新型实施例二的结构示意图；图3为本实用新型实施例三的结构示意图；图4为本实用新型实施例三的石英晶振与微谐振腔位置关系示意图；图5为本实用新型实施例三的石英晶振与微谐振腔内压力分布图；图6为本实用新型实施例四的结构示意图；图7为本实用新型实施例五的结构示意图；图8为本实用新型实施例五、实施例一与现有技术的信号强度幅值对比图；图9为本实用新型实施例六中继电器及与其关联单元的连接示意图。
具体实施方式
为了提高痕量气体浓度测量技术的分辨率和测量精度，以满足实际应用需求，本实用新型提供了一种测量痕量气体浓度的装置，以下通过若干实施例进一步说明。实施例一、本实施例中提供了一种测量痕量气体浓度的装置，参见图I所示，包括光学组件部分11和电信号控制测量部分12。其中，光学组件部分11包括激光器111，以及在激光器111射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器112和样品池113，其中样品池113中注入有痕量气体。激光器111发出的光束可以是各红外波段的光束。空间光束滤波器112包括两个聚焦透镜1121和1122，以及位于两个聚焦透镜1121和1122之间的针孔1123，光路从两个聚焦透镜1121和1122以及针孔1123内通过。样品池113中包括石英晶振1131，以及对称设置在石英晶振1131两侧的两个微谐振腔1132和1133，石英晶振1131和两个微谐振腔1132和1133的轴心与光路同轴，石英晶振1131平面与光路相垂直，光路从两个微谐振腔内1132和1133以及石英晶振1131两振臂间通过。电信号控制测量部分12分别与激光器111和石英晶振1131电连接；在测量所述痕量气体浓度之前，电信号控制测量部分12采用校准模式对石英晶振1131进行校准；在测量所述痕量气体浓度时，电信号控制测量部分12切换到测量模式，并根据石英晶振1131将声信号转化得到的电信号，测量痕量气体浓度。可见，本实施例中光学部分包括激光器，以及在激光器射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器和样品池；进一步，空间光束滤波器包括两个聚焦透镜和位于其间的针孔，样品池中包括石英晶振以及对称设置在石英晶振两侧的两个微谐振腔。发明人还考虑了石英晶振的共振频率受环境影响而变化，在测量痕量气体浓度前对石英晶振进行校准 以及自动切换校准模式和测量模式。通过设置上述各器件，设定各器件之间的相对位置，以及通过电信号控制测量部分完成校准、切换及测量操作，从而使得本实施例的测量痕量气体浓度装置相对于现有技术具有更高的分辨率和测量精度，可满足实际需求。经发明人研究发现，位于中红外区域的分子基频振动在红外活性振动中吸收最强，中红外区域的探测灵敏度能够达到PPbV量级，比近红外区域的ppmv水平高出几个数量级，是最佳的红外气体探测波段。近年来中红外量子级联激光器的快速发展，使痕量气体浓度测量中使用的探测吸收线从传统的近红外区域(O. 78-2. 5 μ m)向中红外区域(2. 5-25 μ m)转移。然而目前在该波段探测装置的发展滞后于激光光源的发展。另一方面，光声光谱技术其基本原理是当一束与探测吸收线同频率的光从被测气体通过时，目标气体分子被激光激发到高能态，由于碰撞退激发过程，重新回到基态，同时伴随着声波的产生，声波被探测器探测并转化成与被测气体浓度成正比的电信号。发明人还发现，光声光谱技术对波长没有依赖性，理论上能够用于从紫外到红外的所有波段，如果能把中红外激光与光声光谱结合，定能够解决中红外探测器发展滞后带来的一系列问题。以下给出若干将中红外激光与光声光谱结合的优选实施例。实施例二、本实施例中提供了一种测量痕量气体浓度的装置，参见图2所示，包括光学组件部分21和电信号控制测量部分22。光学组件部分21包括激光器211，以及在激光器211射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器212和样品池213，样品池213中注入有痕量气体。激光器211为中红外量子级联激光器，发射出中红外激光。其中，空间光束滤波器212包括两个聚焦透镜2121和2122，可以是镀增透膜的锗透镜，还包括位于两个聚焦透镜2121和2122之间的针孔2123。光路从两个聚焦透镜2121和2122以及针孔2123内通过，聚焦透镜2121的焦点位于针孔2123中心，聚焦透镜2122的成像点位于石英晶振2131两臂中心。针孔2123的直径为50 μ m至300 μ m，针孔2123的平面与光路非垂直，所成角度范围为大于等于40度且小于等于80度。其中，样品池213中包括石英晶振2131，其共振频率包括但不限于32. 768kHz，还包括对称设置在石英晶振2131两侧的两个微谐振腔2132和2133,石英晶振2131和两个微谐振腔2132和2133的轴心与光路同轴，石英晶振2131平面与光路相垂直，光路从两个微谐振腔内2132和2133以及石英晶振2131两振臂间通过。样品池213的光路方向上还装配有入射窗口 2134和出射窗口 2135，可以由透射中红外的硒化锌、锗、氟化镁、氟化钙等材料制成，镀有增透膜，并且与光路非垂直，所成角度范围为大于等于60度且小于等于90度。电信号控制测量部分22分别与激光器211和石英晶振2131电连接；在测量所述痕量气体之前，电信号控制测量部分22采用校准模式对石英晶振2131进行校准；在测量所述痕量气体浓度时，电信号控制测量部分22切换到测量模式，并根据石英晶振2131将声信号转化得到的电信号，测量痕量气体浓度。可见，本实施例中的装置具有实施例一的优点，并且发明人考虑到中红外激光源对反馈光特别敏感，从透镜、气室窗口、微谐振腔反射回即使极其微弱的光也会引起激光的模式波动，可能导致测量的偏差。故而，本实施例中装置的针孔平面与光路成角度的设计，以及样品池窗口与光路成角度的设计有效地避免了光束的反射，使量子级联激光器在整个扫描过程中无跳模现象。·[0033]实施例三、本实施例中提供了一种测量痕量气体浓度的装置，参见图3所示，包括光学组件部分31和电信号控制测量部分32。光学组件部分31包括激光器311，以及在激光器311射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器312和样品池313，样品池313中注入有痕量气体。激光器311为中红外量子级联激光器，发射出中红外激光。其中，空间光束滤波器312包括两个聚焦透镜3121和3122，以及位于两个聚焦透镜3121和3122之间的针孔3123，光路从两个聚焦透镜31121和3122以及针孔3123内通过。其中，样品池313中包括石英晶振3131，其共振频率包括但不限于32. 768Hz，还包括对称设置在石英晶振3131两侧的两个微谐振腔3132和3133,石英晶振3131和两个微谐振腔3132和3133的轴心与光路同轴，石英晶振3131平面与光路相垂直，光路从两个微谐振腔内3132和3133以及石英晶振3131两振臂间通过。微谐振腔3132和3133可采用不锈钢针管或玻璃管，长度为大于等于四分之一声波波长且小于等于二分之一声波波长，内径为O. 6mm至Imm,外径为O. 8mm至I. 4mm ;每个微谐振腔与石英晶振3131的间隙为30 μ m至50 μ m ;具体的石英晶振与微谐振腔位置关系可参见图4所示。电信号控制测量部分32分别与激光器311和石英晶振3131电连接；在测量所述痕量气体浓度之前，电信号控制测量部分32采用校准模式对石英晶振3131进行校准；在测量所述痕量气体浓度时，电信号控制测量部分切换到测量模式，并根据石英晶振3131将声信号转化得到的电信号，测量痕量气体浓度。可见，本实施例中的装置具有实施例一的优点，并且发明人考虑到半波驻波共振情况是对于密闭空间来说的，若插入石英晶振，由于石英晶振的干扰，以及微谐振腔与石英晶振间存在间隙，会破坏共振条件，使共振效应大打折扣；发明人还考虑到典型的中红外激光光束直径为3mm，若微谐振腔的内径过小，则会造成激光光束与微谐振腔和石英晶振的接触，进而产生非零的背景噪声，此噪声通常比原本的热噪声水平高出几倍到几十倍，严重降低了传感装置的探测灵敏度。因此，本实施例中单个微谐振腔的长度采用大于等于四分之一声波波长且小于等于二分之一声波波长，这使得微谐振腔的频率和石英晶振的频率重叠，共振效果大大增强，这时微谐振腔在石英晶振方向的开口处气流流速最大，而来自两个微谐振腔的反向气流冲击致使声压在石英晶振中心处产生局部最大值，从而较大幅度地提高了输出的共振增强信号，具体的石英晶振与微谐振腔内压力分布图可参见图5所示；采用大于等于四分之一声波波长且小于等于二分之一声波波长的微谐振腔，允许微谐振腔内直径进一步增大到O. 6mm至1_而不损失共振增强信号，激光器和样品池之间插入空间滤波器，进一步滤除了量子级联光束的高阶横模，利于聚焦3_中红外光束无触碰地通过微谐振腔和石英晶振，经过多次测试，能量通过率高达98%。实施例四、本实施例中提供了一种测量痕量气体浓度的装置，参见图6所示，包括光学组件部分41和电信号控制测量部分42。其中，光学组件部分41包括激光器411，以及在激光器411射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器412和样品池413,样品池413中注入有痕量气体。激光器411为中红外量子级联激光器，发射出中红外激光。空间光束滤波器412包括两个聚焦透镜4121和4122，以及位于两个聚焦透镜4121和4122之间的针孔4123，光路从两个聚焦透镜4121和4122以及针孔4123内通过。样品池413中包括石英晶振4131，以及对称设置在石英晶振4131两侧的两个微谐振腔4132和4133，石英晶振4131和两个微谐振腔4132和4133的轴心与光路同轴，石英晶振4131平面与光路相垂直，光路从两个微谐振腔内4132和4133以及石英晶振4131两振臂间通过。其中，电信号控制测量部分42分别与激光器411和石英晶振4131电连接。在测量所述痕量气体之前，电信号控制测量部分42采用校准模式对石英晶振4131进行校准，在测量痕量气体浓度时，电信号控制测量部分42切换到测量模式，并根据石英晶振4131将声信号转化得到的电信号，测量痕量气体浓度。具体来说，电信号控制测量部分42包括切换模块421，与石英晶振4131电连接，用于切换校准模式和测量模式；信号发生模块422，与切换模块421和激光器411电连接,用于发生信号；锁相放大器423,与切换模块421和信号发生模块422电连接，用于设置谐波探测模式，并对探测的信号进行解调，以及得出响应曲线；数据采集卡424，与锁相放大器423电连接，用于采集锁相放大器423得出的响应曲线；计算机425，与信号发生模块422和数据采集卡424电连接，用于控制信号发生模块发出信号，以及分析数据采集卡采集的数据。可见，本实施例中的装置具有实施例一的优点，并且本实施例的电信号控制测量部分对切换校准模式和测量模式的功能进行了细化，以满足先校准再测量的实际需求。实施例五、本实施例中提供了一种测量痕量气体浓度的装置，参见图7所示，包括光学组件部分51和电信号控制测量部分52。光学组件部分51包括激光器511，以及在激光器511射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器512和样品池513，样品池513中注入有痕量气体。激光器511为中红外量子级联激光器，发射出中红外激光。其中，空间光束滤波器512包括两个聚焦透镜5121和5122，可以是镀增透膜的锗透镜，还包括位于两个聚焦透镜5121和5122之间的针孔5123。光路从两个聚焦透镜5121和5122以及针孔5123内通过，聚焦透镜5121的焦点位于针孔5123中心，聚焦透镜5122成像点位于石英晶振5131两臂中心。针孔5123的直径为50 μ m至300 μ m,针孔5123平面与光路非垂直，所成角度范围为大于等于40度且小于等于80度。其中，样品池513中包括石英晶振5131，其共振频率包括但不限于32. 768kHz，还包括对称设置在石英晶振5131两侧的两个微谐振腔5132和5133,石英晶振5131和两个微谐振腔5132和5133的轴心与光路同轴，石英晶振5131平面与光路相垂直，光路从两个微谐振腔内5132和5133以及石英晶振5131两振臂间通过。微谐振腔5132和5133可采用不锈钢针管或玻璃管，长度为大于等于四分之一声波波长且小于等于二分之一声波波长，内径为O. 6mm至Imm,外径为O. 8至I. 4mm ;每个微谐振腔与石英晶振5131的间隙为30 μ m至50μπι。样品池513的光路方向上还装配有入射窗口 5134和出射窗口 5135，可以由透射中红外的硒化锌、锗、氟化镁、氟化钙等材料做成，镀有增透膜，并且与光路非垂直，所成角度范围为大于等于60度且小于等于90度。样品池513上还装配有进气口 5136和出气口5137，用于注入和排出有痕量气体。电信号控制测量部分52包括激光器511的输入端与电子加法器521的输出端电连接，电子加法器521的一个输入端与第三信号发生器522输出端电连接,另一个输入端与第二信号发生器523的输出端电连接，第二信号发生器523的触发端和锁相放大器524的触发端与第一信号发生器525的同步输出端电连接,第一信号发生器525的信号输出端与
电子开关526的稱合电容5261端电连接，电子开关526的另一输入端与信号地电连接，电子开关526的输出端与石英晶振5131的输入端电连接,石英晶振5131的输出端与集成运放527的负输入端电连接，集成运放527的正输入端与信号地电连接，集成运放527的负输入端和输出端并有放大电阻Rl (可以取值5Μ至IOM欧姆)，集成运放527的输出端和锁相放大器524的输入端电连接。另外为实现在测试前自动校准石英晶振的功能，还设置了数据采集卡528和计算机529，锁相放大器524的输出端和数据采集卡528的输入端电连接，数据采集卡528的输出端和计算机529的输入端电连接,计算机529的控制端和第一信号发生器525的控制端电连接。在石英晶振自动校正过程中，计算机529控制第一信号发生器525输出一个叠加的电压信号，这个电压信号由30kHz的正弦波和一个5V的直流电平叠加而成，其中的直流电平控制电子开关526闭合接通带耦合电容端，正弦波通过耦合电容5261被导向石英晶振5131的输入脚,接着第一信号发生器525被计算机529控制，向高频方向扫描输出的正弦波频率，同时输出同步信号给锁相放大器524，锁相放大器524被设置在一次谐波探测模式，集成运放527、取值5M至IOM欧姆的放大电阻Rl对信号进行放大，锁相放大器524对石英晶振5131的输出信号进行解调，得到的响应曲线被数据采集卡528采集后，传送给计算机529,计算机529进行分析得出石英晶振5131的共振频率f^。在测量过程中，计算机529控制第一信号发生器525输出零电压，同时第一信号发生器525的同步端输出频率为&/2的同步信号给锁相放大器524和第二信号发生器523，锁相放大器524被设置在二次谐波探测模式，第二信号发生器523被触发产生同频的fQ/2、幅值为6mV正弦波信号，与第三信号发生器522输出的幅值为20mV三角波信号一同被导入电子加法器521，叠加后的信号被送入激光器511输入口对量子级联激光器进行频率调制和扫描，第一信号发生器525输出的零电压使电子开关526把信号地和石英晶振5131的输入脚接通，使石英晶振5131处于测量模式，产生的微弱声信号被石英晶振5131转化为电信号，送到集成运放527和放大电阻Rl进行放大，锁相放大器524对其解调，数据采集卡528进行采集并交由计算机529进行记录。可见，本实施例中的装置具有实施例一至四的全部优点，并且石英晶振和信号发生器之间优选串接电子开关，配合数据采集卡、计算机和第一信号发生器，实现了校准和测量过程的快速切换而无需改动任何设备电连接。进一步可参见图8所示，其中横坐标为气压，纵坐标为信号强度幅值，曲线Al (实心方形点所示)为使用本实施例的测量装置测得的结果，曲线A3 (实心圆点所示)为使用实施例一所述的测量装置测得的结果，曲线A2(实心三角形所示)为使用现有装置测得的结果。可见，使用本实施例的测量装置得到的信号幅值是使用现有装置得到的信号幅值的30倍；使用实施例一所述的测量装置得到的信号幅值是使用现有装置得到的信号幅值的5倍。实施例六、提供了一种测量痕量气体浓度的装置，包括光学组件部分和电信号控制测量部分。本实施例中采用继电器替换实施例五中的电子开关526，因此，本实施例只对继电器以及与其关联的单元进行说明，其他部分可参见实施例五中的相关描述。参见图9所示，与石英晶振6131输入端电连接的继电器626 ;与继电器626的常开触点和第一信号发生器625输出端电连接的稱合电容6261 ;与继电器线圈电连接的三极管6262 ;与石英晶振6131输出端电连接的集成运放627及放大电阻Rl (可以取值5M至IOM·欧姆)，并且所述集成运放627的输出端电连接锁相放大器624。在石英晶振校准的步骤中计算机控制第一信号发生器625输出一个由正弦波和直流电平叠加的信号，其中直流电平控制三极管6262导通，继电器626的线圈得电，闭合状态的触点是常开触点，接通带耦合电容端6261，正弦波通过耦合电容6261被导向石英晶振6131的输入脚。在切换模式中第一信号发生器625输出的零电压将三极管6262截止,没有电流从继电器线圈通过，闭合状态的触点是常闭触点，信号地和石英晶振6131的输入脚接通，使石英晶振6131切换到测量模式，产生的声信号被石英晶振6131转化为电信号，送入集成运放和放大电阻进行放大。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种测量痕量气体浓度的装置，其特征在于，包括光学组件部分和电信号控制测量部分; 其中，所述光学组件部分包括激光器，以及在激光器射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器和样品池，所述样品池中注入有痕量气体；所述空间光束滤波器包括两个聚焦透镜，以及位于所述两个聚焦透镜之间的针孔，光路从所述两个聚焦透镜和针孔内通过；所述样品池中包括石英晶振，以及对称设置在所述石英晶振两侧的两个微谐振腔，所述石英晶振和两个微谐振腔的轴心与光路同轴，所述石英晶振平面与光路相垂直，光路从所述两个微谐振腔内和石英晶振两振臂间通过； 其中，所述电信号控制测量部分分别与激光器和石英晶振电连接；在测量所述痕量气体浓度之前，电信号控制测量部分采用校准模式对石英晶振进行校准；在测量所述痕量气体浓度时，电信号控制测量部分切换到测量模式，并根据所述石英晶振将声信号转化得到的电信号，测量所述痕量气体浓度。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述空间光束滤波器的针孔平面与光路非垂直。
3.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述空间光束滤波器的针孔与激光器之间的聚焦透镜焦点位于所述针孔中心；所述空间光束滤波器的针孔与样品池之间的聚焦透镜成像点位于石英晶振两臂中心。
4.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述空间光束滤波器的针孔直径为50μ m至300 μ m0
5.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的每个微谐振腔的长度为大于四分之一个声波波长小于二分之一个声波波长，所述的声波波长是指痕量气体中，声波振动一个最小周期所传播的长度，数值等于声速除以石英晶振的共振频率。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的微谐振腔内径为O.6mm至1mm，每个微谐振腔与石英晶振的间隙为30 μ m至50 μ m。
7.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述样品池的光路方向上还装配有入射窗口和出射窗口，并且与光路非垂直。
8.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述样品池上还装配有进气口和出气口，用于注入和排出痕量气体。
9.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述电信号控制测量部分包括 切换模块，与所述石英晶振电连接，用于切换校准模式和测量模式； 信号发生模块，与所述切换模块和激光器电连接，用于发生信号； 锁相放大器，与所述切换模块和信号发生模块电连接，用于设置谐波探测模式，并对探测的信号进行解调，以及得出响应曲线； 数据采集卡，与锁相放大器电连接，用于采集锁相放大器得出的响应曲线； 计算机，与信号发生模块和数据采集卡电连接，用于控制信号发生模块发出信号，以及分析数据采集卡采集的数据。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的切换模块包括与所述石英晶振输入端电连接的电子开关；与所述电子开关的控制端和一个输入端电连接的耦合电容；与所述石英晶振输出端电连接的集成运放及放大电阻，并且所述集成运放的输出端电连接锁相放大器。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的切换模块包括与所述石英晶振输入端电连接的继电器；与所述继电器的常开触点和第一信号发生器输出端电连接的耦合电容；与继电器线圈电连接的三极管；与所述石英晶振输出端电连接的集成运放及放大电阻，并且所述集成运放的输出端电连接锁相放大器。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述信号发生模块包括输出端与所述切换模块电连接的第一信号发生器；触发输入端与所述第一信号发生器的触发输出端电连接的第二信号发生器；与所述激光器的激光调制输入端电连接的电子加法器，所述电子加法器还与第二信号发生器的触发输出端电连接；与所述电子加法器的一个输入端电连接的第三信号发生器。
13.如权利要求I至12任一项所述的装置，其特征在于，所述激光器为中红外量子级联激光器，发射出中红外激光。
专利摘要本实用新型公开了一种测量痕量气体浓度的装置，涉及光电领域，用以解决现有测量痕量气体浓度技术的分辨率较低、测量精度较差，不能满足实际需求的问题。装置包括光学组件部分的激光器和在激光器射出的光路方向上依次设置的空间光束滤波器和样品池；空间光束滤波器包括两个聚焦透镜和位于两个聚焦透镜之间的针孔；样品池包括石英晶振和对称设置在石英晶振两侧的两个微谐振腔；电信号控制测量部分分别与激光器和石英晶振电连接；在测量之前采用校准模式对石英晶振进行校准；在测量时切换到测量模式，并根据石英晶振将声信号转化得到的电信号测量所述痕量气体浓度。
文档编号G01N21/17GK202770761SQ20122021074
公开日2013年3月6日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者董磊, 拉斐尔·勒维奇, 弗兰克·蒂特尔 申请人:张妍, 朱凌波