CN104280340A

CN104280340A - 基于led光源并采用电学调制相消法的气体探测装置及方法

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Publication number: CN104280340A
Application number: CN201410581831.2A
Authority: CN
Inventors: 郑华丹; 董磊
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN104280340B

Abstract

本发明涉及气体传感技术，具体为一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置及方法。解决了目前光声光谱测声装置采用光束质量较差的光源时系统背景噪声难以除去的技术问题。一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，包括一个光谱测声装置；所述光谱测声装置包括一个微型气室以及设在微型气室内部的石英增强光声光谱传感组件；所述石英增强光声光谱传感组件包括有一个音叉式石英晶振；所述音叉式石英晶振的第一引脚通过信号衰减器连接到双通道函数发生器的一个调制信号输出端，双通道函数发生器的另一个调制信号输出端连接有LED光源驱动板，LED光源驱动板驱动一个LED光源；所述光谱测声装置位于透镜组的出射光路上。

Description

基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置及方法

技术领域

本发明涉及气体传感技术，具体为一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置及方法。

背景技术

近年来，光声光谱技术作为一种新型光谱探测技术以其零吸收背景，高探测灵敏度，探测器件没有波长选择选择性等优点被广泛运用于工业控制、农业生产、航空航天检测等各个行业。当一束被调制的激光穿过待测样品时，若光源的发射波长与样品的吸收线波长相吻合时，激光能量就会被样品吸收。吸收了光能量的样品分子被激发到激发态，然后由于激发态的不稳定性会产生碰撞退激发而引起样品周围的气体温度局部升高和降低，进而产生压力波向四周传递，此压力波即为声波。通过声波换能器探测声波压力而转化为电信号就能反演出吸收气体的浓度。

传统的常用光声光谱声波换能器为高灵敏度宽带麦克风，它的缺点是麦克风过宽的响应带宽使得环境噪声容易被带入到探测系统中。2002年美国RICE大学的FRANK教授研究小组发展了一种新型石英增强光声光谱探测技术（QEPAS），该技术采用一个商用的32768音叉式石英晶振来代替传统的宽带麦克风来充当声波换能器。音叉式石英晶振的工作原理是压电效应，当该音叉式石英晶振的两支振臂受到声波的推动时音叉式石英晶振输出电流，然后用前置放大器将电流提取出来，再通过信号后处理反演出所需的气体浓度信号。这种音叉式石英晶振有三个优点：第一，它只在固定的频率32768 Hz附近有响应，对其它频段的声音的响应非常微弱，这就造就了基于音叉式石英晶振的传感器有极高的环境噪声免疫能力；第二，它拥有极高的Q值，高Q值在光声光谱技术中意味着更高的信号峰值；第三，音叉式石英晶振只有在对称振动模式（音叉的两只振臂向相反的方向做往复运动）下才能产生电流，因此这更进一步减小了来自音叉外部的噪声声波干扰。目前国际上流行的QEPAS传感组件配置有两种方式：一、共轴配置（on-beam），在音叉式石英晶振的两侧安装两支不锈钢毛细管作为声学谐振腔，以此来积累声波，使声学谐振腔与音叉共振耦合，以此来提高传感器的探测灵敏度。共轴配置的QEPAS传感组件的优点是，相比于无谐振腔的单个音叉能显著地提高灵敏度达30倍，缺点是两侧的谐振腔增加了对光束质量的要求，加大了准直难度，光束质量很差的光源很难用在共轴配置的QEPAS传感组件中；二、离轴配置（off-beam），在音叉式石英晶振的一侧放置一根侧面开口的不锈钢毛细管作为声学谐振腔，让音叉振臂间隙紧贴住声学谐振腔的开口处，以此来使音叉和声学谐振腔相互耦合来提高探测灵敏度。离轴配置的QEPAS传感组件的优点是光束不需穿过音叉振臂间隙，只需要穿过声学谐振腔即可（谐振腔内径一般大于音叉振臂间隙的尺寸），降低了传感组件对于光束质量的要求，缺点是其探测灵敏度相比于共轴配置大打折扣。

由于光声光谱中传感器探测的是声波，和其它光学技术相比，对声波的探测没有波长选择性，所以在做不同类别样品探测时，只需要更换对应于该样品吸收波长的光源即可，不需要更换对应的探测器。石英增强光声光谱技术自发展以来已经被用于多种不同吸收波段的气体检测，可以采用的光源有近红外波段DFB激光器、中红外波段量子级联激光器、光学参量振动器等。近年来迅猛发展的LED光源具有性价比高，功率高，体积小，寿命长等特点，因此有人提出用LED作为激发光源结合QEPAS技术来进行气体探测。这进一步降低了基于QEPAS技术的痕量气体传感器的成本，但是相比于激光，LED属于宽带光源，波长无法调谐，光束相干性较差，并且光束质量较差，一般情况下有很大的发散角，因此LED在用于QEPAS传感器中作为光源时必须做严格光束整形和空间滤波。就目前的科研情况，即使有光束整形，同时采用对光束质量要求较低的离轴配置的QEPAS传感组件，还是不能完全避免LED杂散光引起的背景噪声。特别是当LED发射功率较大时，强杂散光散射到音叉上会带来严重的背景噪声，极大地破坏了传感器的探测灵敏度。

国际上有人提出了一种光学调制相消技术来对QEPAS传感器进行背景噪声补偿。光学调制相消技术的原理是采取一个波长远离待测气体目标吸收线的光源做为平衡光源来平衡背景噪声。探测时，平衡光源和激发光源同时作用到QEPAS传感组件上，平衡光源和激发光源具有类似的光束质量和光场分布，因此对平衡光源强度调制时也会使传感器引起类似的背景噪声。当两个光源受到同频率，但是相位差为180°的强度调制时，两个光源引起的背景噪声相互抵消。光学调制相消技术可以有效的抑制背景噪声，但它需要同时使用两台光源，并且需要复杂的锁定系统，所以这一方法增加了QEPAS传感器的成本。

因此在采用光束质量较差的光源时，尤其是高功率LED时，如何降低系统背景噪声，提高信噪比，但又不增加系统的复杂性，成了必须要解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决目前光声光谱测声装置采用光束质量较差的光源时系统背景噪声难以除去的技术问题，提供一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置及方法。

本发明所述基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置是采用以下技术方案实现的：一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，包括一个光谱测声装置；所述光谱测声装置包括一个微型气室以及设在微型气室内部的石英增强光声光谱传感组件；所述石英增强光声光谱传感组件包括有一个音叉式石英晶振；所述音叉式石英晶振的第一引脚通过信号衰减器连接有双通道函数发生器的一个调制信号输出端，双通道函数发生器的另一个调制信号输出端连接有LED光源驱动板，LED光源驱动板驱动一个LED光源；所述LED光源的出射光路上设有透镜组；所述光谱测声装置位于透镜组的出射光路上；音叉式石英晶振的第二引脚通过前置放大器连接有一个锁相放大器；还包括带有数据采集卡的计算机；锁相放大器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；所述双通道函数发生器的同步信号输出端与锁相放大器的同步信号输入端相连接。

石英增强光声光谱系统中被强度调制的激发光可以用如下表达式表达：

其中I是调制后的光强，I ₀是原始光强，ω ₁是调制频率，是相位。激发光源中的杂散光也被强度调制，杂散光散射到音叉上，由于杂散光场的持续周期性加热导致音叉式石英晶振音叉会产生相应频率的振动，音叉是压电元件，该振动会转化为一个背景噪声输出。这个背景噪声的强度正比于杂散光强,该背景噪声表达式为：

其中A ₁为音叉输出的背景噪声的振幅，为该背景噪声的频率，为该背景噪声的相位。

由于音叉式石英晶振的压电特性，因此可以通过给音叉式石英晶振施加一个电信号使其产生振动，当这个振动和原先杂散光引起的振动方向相反，当二者相互抵消时，音叉处于静止状态，即没有背景噪声输出。因此电学调制相消的原理是利用任意波形函数发生器产生一个频率也为，但是调制相位和激发光源的调制相位差为180°的电信号，输入到音叉的一个引脚上，通过调节这个输入电信号的相位和幅度使之产生的信号能够和激发光引起的背景噪声互补，这时背景噪声被消除，示意图如图1。即当如下等式成立时，背景噪声理论上为零：

其中A ₂，，分别为输入到音叉一个引脚上的电调制相消信号的振幅、频率和相位。

具体实施的装置示意图如图1所示，双通道函数发生器的通道一产生一个50%占空比，频率为32768 Hz的方波送到LED驱动板上，方波的幅值被调制在LED的阈值和额定电流之间。该驱动板可以控制LED光源的注入电流和温度。LED光源发射出来的光经过透镜组准直后进入光谱测声装置。光谱测声装置中的传感部分为QEPAS传感组件。双通道函数发生器的另一个通道产生一个同频率的方波信号作为电相消信号，该电相消信号通过一个信号衰减器后被送往音叉式石英晶振的一支引脚上，和传统的QEPAS传感器不同，该引脚在传统的QEPAS传感器中是作为信号参考被接到地线上的。操作过程中，当传感器在没有任何气体吸收的环境下，同时调节该电相消信号和LED调制信号的幅度和相位，在保证LED调制信号最大的情况下使音叉式石英晶振输出信号为零，背景信号相消示意图，如图2所示。当气体吸收调制光的能量后，由于碰撞退激发产生的声波推动音叉式石英晶振的振臂使其输出电信号。该电信号从音叉式石英晶振的另一个引脚输出到10MΩ的跨阻抗前置放大器上，经过前置放大的信号被送往锁相放大器的输入端。锁相放大器的解调参考信号来自函数发生器的同步端，锁相放大器解调后的信号送入带有数据采集卡的计算机中。

为了验证电学调制相消方法的有效性，传感器噪声首先被分析。噪声整体包含三部分：音叉式石英晶振热噪声(QTF thermal noise)、气体流噪声(Gas flow noise)和杂散光背景噪声(Background noise)。当激发光源被调制在音叉式石英晶振的共振频率处时，由于杂散光照射传感器引起的背景噪声比其它两种噪声大三个数量级。因此杂散光背景噪声是基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器的主要噪声，图3展示了噪声分析的结果。首先音叉式石英晶振的热噪声(QTF thermal noise)在没有任何气体流和光照影响的环境中测量，如图中曲线1所示（方块标志），可见音叉式石英晶振的热噪声在零附近上下波动。然后在只有气体流，没有激发光源照射的环境下，音叉式石英晶振的气体流噪声(Gas flow noise)被评估，如图中曲线2所示（圆形标志），该环境下气体的流速为35毫升每分钟，对应的气体流噪声大约为5μV。当激发光源照射时，在不流动的纯氮气环境下，杂散光背景噪声（Background noise）被测量，如图中曲线3所示（菱形标志）对应的杂散光背景噪声大约为3.95mV。可见，由于激发光源LED的光束质量较差，功率很高，造成了一个约为3.95mV的背景噪声，该背景噪声远远大于音叉式石英晶振的热噪声，极大地破坏了传感器的探测灵敏度。最后，在流速为35毫升每分钟的氮气环境下，激发光源被调制到音叉式石英晶振的共振频率处（32760Hz）时，启用电学调制相消方法后，传感器总的输出噪声为2.9μV，相比于曲线3（菱形标志）所示的杂散光背景噪声减小了三个数量级。综上所诉，电学调制相消法能有效地压制背景噪声，从而提高探测灵敏度。

为了评估传感器在不同浓度NO₂下的性能，采用了电学调制相消方法后的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器在0到5.3 ppm的NO₂和N₂混合气中的响应被测量。测量过程中，气路中的气体流速被控制在35毫升每分钟，整个测量过程是在正常大气压和室温条件下进行的。图4（a）和4（b）分别展示了在NO₂浓度为1.06 ppm到5.3 ppm混合气和0到530 ppb中采用了电学调制相消方法后的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器的输出响应。可见在纯N₂的情况下，传感器输出背景噪声接近于零，在43ppb的情况下，该传感器的探测性噪比SNR为34，在1s的积分时间内对应的NO₂探测极限约为1.3ppb。激发光中心波长对应的NO₂有效吸收截面在被激发光的发射光谱加权平均后为4.67×10^-19 cm²/molecular，锁相放大器探测带宽为0.25Hz，对应的归一化噪声等效吸收系数（NNEA）为4.2×10^-9 W·cm^-1·Hz^-1/2。

传感器响应的线性度也被评估。测量时对每个浓度的输出信号采集一分钟，对其数据取平均值，该值表示传感器在相应浓度下的响应。图5展示了采用了电学调制相消方法后的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器对不同浓度NO₂气体的线性响应，线性拟合后相关系数为0.9989，表明了该传感器有一个很好的线性响应。

本发明所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测方法是采用以下技术方案实现的：一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测方法，包括以下步骤：（a）对某种待测气体进行探测前，先对装置进行电学相消：LED光源发射的输出光波长对应于待测气体吸收线；双通道函数发生器以音叉式石英晶振共振频率f ₀输出一个50%占空比的方波调制信号给光源驱动器，光源驱动器的电流被所述调制信号调制后供应给LED光源，对输出光进行强度调制；同时，双通道函数发生器的另一个通道产生一个与f ₀同频率的方波信号作为电相消信号，该电相消信号通过信号衰减器后被送往音叉式石英晶振的第一引脚上，当光谱测声装置在没有任何气体吸收的环境下，同时调节电相消信号和LED调制信号的幅度和相位，使音叉式石英晶振第二引脚输出信号为零；（b）对待测气体进行探测，双通道函数发生器按照步骤（a）中的频率分别输出调制信号和电相消信号给光源驱动器和信号衰减器，光源驱动器的电流被所述调制信号调制后供应给LED光源，对输出光进行强度调制，LED光源发出的光经过光谱测声装置后，音叉式石英晶振将接收到的声波转换成相应的电信号并将此电信号传给前置放大器，前置放大器将此电信号放大后传输给锁相放大器，锁相放大器同时接受双通道函数发生器送来的同步信号对光谱测声信号进行解调，解调出的包含有待测气体浓度信息的电信号并被数据采集卡采集，数据采集卡将采集到的信号输入至计算机，计算机在相应软件的支持下将接收到的信号转换成相应的图像并显示出来，待测气体的浓度可以从图像中读出。

对痕量气体进行检测时，函数发生器以f ₀（f ₀为所用音叉式石英晶振固有共振频率）的频率输出调制信号给光源驱动器，光源驱动器的电流被所述调制信号调制后供应给LED光源，对输出光进行强度调制，LED光源发出的光经过光谱测声装置后，音叉式石英晶振将接收到的声波转换成相应的电信号并将此电信号传给前置放大器，前置放大器将此电信号放大后传输给锁相放大器，锁相放大器同时接受函数发生器送来的同步信号对光电探测器信号进行解调，解调出的包含有待测气体浓度信息的电信号被数据采集卡采集，数据采集卡将采集到的信号输入至计算机系统，计算机系统在相应软件的支持下将接收到的信号转换成相应的图像并显示出来，待测气体的浓度可以从图像中直接读出；所述的相应软件为本领域技术人员的公知技术，是易于编写的。对某种气体进行测量时，应事先通过已知浓度的该种气体对测量装置进行标定，标定后的装置就能对该种气体进行测量。所述的标定方法为本领域技术人员所公知的技术。

本发明的有益效果是：一、将高功率多模LED使用在QEPAS中作为探测光源，降低了以往基于激光光源的QEPAS传感器的成本，而且高功率提高了探测灵敏度，LED光源不仅性价比高，而且发射功率高、性能稳定、寿命长。二、采用电学调制相消方法消除了强度调制光谱中由于光束质量较差而引起的杂散光背景噪声，提高了探测性噪比和探测灵敏度。三、高功率宽带多模LED和QEPAS传感组件结合的明显提高了以往基于离轴配置的QEPAS传感组件的灵敏度。

附图说明

图1为采用电学调制相消方法的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器装置示意图。

1-双通道函数发生器，2-LED光源驱动板，3-LED光源，4-透镜组，5-光谱测声装置，51-入射窗口，52-出射窗口，53-进气口，54-出气口，55-石英增强光声光谱传感组件，56-微型气室，6-功率计，7-机械泵，8-气体流量控制阀，9-压力计，10-干燥剂，11-信号衰减器，12-第一引脚,13-第二引脚，14-前置放大器，15-锁相放大器，16-带数据采集卡的计算机。

图2为电学调制相消法的相消示意图。

图3为采用电学调制相消方法的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器的噪声分析图。

图4（a）为采用电学调制相消方法后的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器在1.06ppm 到5.3ppm的N0₂和N₂混合气中的响应。

图4（b）为采用电学调制相消方法后的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器在0到530 ppb的N0₂和N₂混合气中的响应。

图5 为采用电学调制相消方法后的基于高功率LED的NO₂ QEPAS传感器在0到5.3 ppm 的NO₂和N₂混合气中的线性响应。

图6 为裸音叉配置的QEPAS传感组件装置示意图。

图7为共轴配置的QEPAS传感组件装置示意图。

图8为离轴配置的QEPAS传感组件装置示意图。

图9 为双谐振腔共轴配置的QEPAS传感组件装置示意图。

具体实施方式

一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，包括一个光谱测声装置5；所述光谱测声装置5包括一个微型气室56以及设在微型气室56内部的石英增强光声光谱传感组件55；所述石英增强光声光谱传感组件55包括有一个音叉式石英晶振；所述音叉式石英晶振的第一引脚12通过信号衰减器11连接有双通道函数发生器1的一个调制信号输出端，双通道函数发生器1的另一个调制信号输出端连接有LED光源驱动板2，LED光源驱动板2驱动一个LED光源3；所述LED光源3的出射光路上设有透镜组4；所述光谱测声装置5位于透镜组4的出射光路上；音叉式石英晶振的第二引脚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；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；所述双通道函数发生器1的同步信号输出端与锁相放大器15的同步信号输入端相连接。

所述微型气室56的出射光路上设有功率计6，功率计6的信号输出端与数据采集卡的另一个信号输入端相连接。功率计6被放置在光谱测声装置的出射窗口处来探测出射光的功率。

一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测方法，包括以下步骤：（a）对某种待测气体进行探测前，先对装置进行电学相消：LED光源3发射的输出光波长对应于待测气体吸收线；双通道函数发生器1以音叉式石英晶振共振频率f ₀输出一个50%占空比的方波调制信号给光源驱动器2，光源驱动器2的电流被所述调制信号调制后供应给LED光源3，对输出光进行强度调制；同时，双通道函数发生器1的另一个通道产生一个与f ₀同频率的方波信号作为电相消信号，该电相消信号通过信号衰减器11后被送往音叉式石英晶振的第一引脚12上，当光谱测声装置5在没有任何气体吸收的环境下，同时调节电相消信号和LED调制信号的幅度和相位，使音叉式石英晶振第二引脚13输出信号为零；（b）对待测气体进行探测，双通道函数发生器1按照步骤（a）中的频率分别输出调制信号和电相消信号给光源驱动器2和信号衰减器11，光源驱动器2的电流被所述调制信号调制后供应给LED光源3，对输出光进行强度调制，LED光源3发出的光经过光谱测声装置5后，音叉式石英晶振将接收到的声波转换成相应的电信号并将此电信号传给前置放大器14，前置放大器14将此电信号放大后传输给锁相放大器15，锁相放大器15同时接受双通道函数发生器11送来的同步信号对光谱测声信号进行解调，解调出的包含有待测气体浓度信息的电信号并被数据采集卡采集，数据采集卡将采集到的信号输入至计算机，计算机在相应软件（Labview图形化程序）的支持下将接收到的信号转换成相应的图像并显示出来，待测气体的浓度可以从图像中读出。

在对某种气体进行测量时，事先通过已知浓度的该种气体对测量装置进行标定，标定后的装置就能对该种气体进行测量。

双通道函数发生器1的一个通道产生一个占空比为50%，频率为f ₀的方波送到光源驱动板2上，光源驱动板2可以调节控制LED光源3的注入电流和温度。LED光源3的注入电流被调制在其发光阈值和额定电流之间，LED光源3的发射中心波长在450 nm 附近，与其对应的是NO₂的吸收区域。LED光源3发出的光经过透镜组4进行光学整形后进入光谱测声装置5。其具体过程为，准直光束先穿过由CaF₂制成的入射窗口51，然后进入QEPAS传感组件55。常用的QEPAS传感组件55可包括4种不同的配置：一、裸音叉配置的QEPAS传感组件，如图6所示；二、共轴配置的QEPAS传感组件，如图7所示；三、离轴配置的QEPAS传感组件，如图8所示；四、双谐振腔共轴配置的QEPAS传感组件，如图9所示。由QEPAS传感组件55出射的光束通过微型气室56的出射窗口52出射，其中微型气室56的入射窗口51和出射窗口52以一个很小的角度倾斜安装（约为5°）以避免干涉现象发生。由出射窗口52出射的光进入功率计6，对其进行功率探测。微型气室56有一个进气口53和一个出气口54可以保证待测气体可以顺畅进入微型气室56，测量时气体在微型气室56内均匀混合。出气口54与一个带有气体流量控制阀8的机械泵7相连，进气口53顺次和压力计9和干燥剂10相连。当机械泵7工作时，外界气体通过干燥剂10干燥除水后被吸入微型气室56，整个气路的压力被压力计9测量，气体流速被气体流量控制阀8控制。函数发生器1的另一个通道产生一个占空比为50%，频率也为f ₀的方波送到信号衰减器11中，经过信号衰减后，该方波信号被导入音叉式石英晶振的第一引脚12上，进行背景噪声电学调制相消。激发光激发待测气体产生声波，声波推动音叉振动进而产生电信号并由第二引脚13输出。电信号第一步经过前置放大器14进行信号放大和处理，然后送入到锁相放大器15进行一次谐波解调。锁相放大器解调的参考信号来自函数发生器1的同步端口。经过锁放解调的信号送入带有数据采集卡的计算机16，计算机16采集并记录数据。

具体应用时，本发明装置可以实时在线的将所测的二氧化氮气体浓度显示在计算机上，具有高精度、便携性强、在线监测的功能。

Claims

1.一种基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，包括一个光谱测声装置（5）；所述光谱测声装置（5）包括一个微型气室（56）以及设在微型气室（56）内部的石英增强光声光谱传感组件（55）；所述石英增强光声光谱传感组件（55）包括有一个音叉式石英晶振；其特征在于，所述音叉式石英晶振的第一引脚（12）通过信号衰减器（11）连接有双通道函数发生器（1）的一个调制信号输出端，双通道函数发生器（1）的另一个调制信号输出端连接有LED光源驱动板（2），LED光源驱动板（2）驱动一个LED光源（3）；所述LED光源（3）的出射光路上设有透镜组（4）；所述光谱测声装置（5）位于透镜组（4）的出射光路上；音叉式石英晶振的第二引脚（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）；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；所述双通道函数发生器（1）的同步信号输出端与锁相放大器（15）的同步信号输入端相连接。

2.如权利要求1所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，其特征在于，所述微型气室（56）的出射光路上设有功率计（6），功率计（6）的信号输出端与数据采集卡的另一个信号输入端相连接。

3.如权利要求1或2所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，其特征在于，所述石英增强光声光谱传感组件（55）由裸音叉组成。

4.如权利要求1或2所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，其特征在于，所述石英增强光声光谱传感组件（55）采用共轴配置。

5.如权利要求1或2所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，其特征在于，所述石英增强光声光谱传感组件（55）采用离轴配置。

6.如权利要求1或2所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置，其特征在于，所述石英增强光声光谱传感组件（55）采用双谐振腔共轴配置。

7.一种采用如权利要求1所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测装置进行气体浓度探测的方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）对某种待测气体进行探测前，先对装置进行电学相消：LED光源（3）发射的输出光波长对应于待测气体吸收线；双通道函数发生器（1）以音叉式石英晶振共振频率f ₀输出一个50%占空比的方波调制信号给光源驱动器（2），光源驱动器（2）的电流被所述调制信号调制后供应给LED光源（3），对输出光进行强度调制；同时，双通道函数发生器（1）的另一个通道产生一个与f ₀同频率的方波信号作为电相消信号，该电相消信号通过信号衰减器（11）后被送往音叉式石英晶振的第一引脚（12）上，当光谱测声装置（5）在没有任何气体吸收的环境下，同时调节电相消信号和LED调制信号的幅度和相位，使音叉式石英晶振第二引脚（13）输出信号为零；（b）对待测气体进行探测，双通道函数发生器（1）按照步骤（a）中的频率分别输出调制信号和电相消信号给光源驱动器（2）和信号衰减器（11），光源驱动器（2）的电流被所述调制信号调制后供应给LED光源（3），对输出光进行强度调制，LED光源（3）发出的光经过光谱测声装置（5）后，音叉式石英晶振将接收到的声波转换成相应的电信号并将此电信号传给前置放大器（14），前置放大器（14）将此电信号放大后传输给锁相放大器（15），锁相放大器（15）同时接受双通道函数发生器（11）送来的同步信号对光谱测声信号进行解调，解调出的包含有待测气体浓度信息的电信号被数据采集卡采集，数据采集卡将采集到的信号输入至计算机，计算机在相应软件的支持下将接收到的信号转换成相应的图像并显示出来，待测气体的浓度可以从图像中读出。

8.如权利要求7所述的基于LED光源并采用电学调制相消法的气体探测方法，其特征在于，在对某种气体进行测量时，事先通过已知浓度的该种气体对测量装置进行标定，标定后的装置就能对该种气体进行测量。