基于平行入射的石英光声光谱传感系统
专利汇可以提供基于平行入射的石英光声光谱传感系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于平行入射的 石英 光声 光谱 传感系统，所述传感系统包括沿光束传播方向依次设置的 半导体 激光器 、光学 准直 器 、石英音叉、 数据采集 系统、计算机。本发明设计了一种新的激光入射到石英音叉的方式，激光平行于石英音叉的叉股入射，从音叉叉股的中间穿过最后直接打在音叉的底部。由于石英音叉的长度远大于其厚度，所以激光与气体有效的相互作用距离会大大增加，从而提高 声波 对石英音叉的作用效果使得石英音叉的输出 信号 增大，最终提高气体探测的灵敏度。，下面是基于平行入射的石英光声光谱传感系统专利的具体信息内容。
1.一种基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述传感系统包括沿光束传播方向依次设置的半导体激光器、光学准直器、石英音叉、数据采集系统、计算机，其中：
所述半导体激光器输出激光由光学准直器准直变成平行光以后传输至石英音叉中；
所述石英音叉置于待测气体环境内，激光平行于石英音叉叉股入射，并穿过两音叉叉股中间，激发气体分子产生声波信号，基于光声效应，石英音叉将声波信号转换为电信号；
所述石英音叉将产生的电信号传输至数据采集系统；
所述数据采集系统与计算机相连接，由计算机进行信号处理，反演气体浓度。
2.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述半导体激光器的输出功率应该＜50 mW。
3.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述光学准直器的焦距为15 70 mm。
~
4.根据权利要求1或3所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述光学准直器由两个非球面镜构成，它们的焦距所处范围分别是15∼35 mm、30∼70 mm。
5.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述石英音叉两个叉股之间的间隙应为0.3 2 mm。
~
6.根据权利要求1或5所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述石英音叉的共振频率应为1 100 kHz。
~
7.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述激光与石英音叉平面之间的不行平度≤0.1°。
8.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述半导体激光器输出激光与光学准直器同光轴，半导体激光器输出端面与光学准直器之间的距离为5∼10 mm，光学准直器输出端面与石英音叉顶部距离为10∼20 mm。
9.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述传感系统反演探测气体浓度的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一：半导体激光器通过温度和电流的设定，调节激光器输出波长，使它覆盖目标气体吸收线，同时保证输出功率在预期范围内；
步骤二：半导体激光器输出的激光经过光学准直器后，整形为近似平行的平行光；
步骤三：整形后的激光束从石英音叉叉股中间入射，激发气体分子产生声波信号；
步骤四：基于光声效应，石英音叉将声波信号转换为电信号，并经数据采集系统将电信号采集存储；
步骤五：计算机将数据采集系统获得的数据读出，进行相关计算，反演出探测气体的浓度。
基于平行入射的石英光声光谱传感系统
技术领域
背景技术
发明内容
所述半导体激光器输出激光由光学准直器准直变成平行光以后传输至石英音叉中；
所述石英音叉置于待测气体环境内，激光平行于石英音叉叉股入射，并穿过两音叉叉股中间，基于光声效应，气体分子产生声波信号，石英音叉将声波信号转换为电信号；
所述石英音叉将产生的电信号传输至数据采集系统；
所述数据采集系统与计算机相连接，由计算机进行信号处理，反演气体浓度。
步骤二：半导体激光器输出的激光经过光学准直器后，整形为近似平行的平行光；
步骤三：整形后的激光束从石英音叉叉股中间入射，激发气体分子产生声波信号；
步骤四：基于光声效应，石英音叉将声波信号转换为电信号，并经数据采集系统将电信号采集存储；
步骤五：计算机将数据采集系统获得的数据读出，进行相关计算，反演出探测气体的浓度。
附图说明
图3为本发明激光入射到音叉方式示意图；
图4为传统激光入射方式数学分析模型建立示意图；
图5为总动量的计算机仿真结果；
图6为光学准直器的结构示意图。
具体实施方式
所述半导体激光器1输出激光由光学准直器2准直变成平行光以后传输至石英音叉3中；
所述石英音叉3置于待测气体环境内，激光平行于石英音叉3叉股入射，并穿过两音叉叉股中间（图3），激发气体分子产生声波信号，基于光声效应，石英音叉3将声波信号转换为电信号；
所述石英音叉3将产生的电信号传输至数据采集系统4；
所述数据采集系统4与计算机5相连接，最后由计算机5进行信号处理，反演气体浓度，具体实现过程如下：
步骤一：半导体激光器通过温度和电流的设定，调节激光器输出波长，使它覆盖目标气体吸收线，同时保证输出功率在预期范围内。
式中： 为常数，与压力波的初始压力及音叉的两叉股间距 有关， 为激光垂直音叉叉股入射时激光到音叉底部的距离， 为音叉叉股的长度。
（2）；
音叉的两叉股间隙 ，在传统的激光入射方式中，根据以往的实验数据可
知 时传感系统信号强度最大，分别对 和 关于音叉的叉股长度
进行计算机仿真， 由2 mm变化为5 mm，得到计算机仿真图形（图5）。由仿真图形可以看出，采用本发明新的激光入射方式石英光声光谱传感系统输出信号强度远高于传统激光入射方式时的传感系统信号强度，由理论计算结果可以得到其信号强度大约能提高1个数量级。
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