CN112683806B - 一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强和光声池免抛光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于痕量气体检测技术领域，提供一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强和光声池免抛光的方法，在非共振光声池系统中，醋酸纤维膜贴满光声池的内部，通过增加激励光源在光声池内的散射次数，从而增加气体的吸收光程，实现光声系统灵敏度的增强。该方法操作性简单，只需要将醋酸纤维膜贴于光声池内部，能够实现灵敏度三倍左右的增强，且非共振光声池对内部的粗糙度要求很高，该方法能实现非共振光声池的免抛光，降低加工成本。

Description

一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强和光声池免抛 光的方法

技术领域

本发明属于痕量气体检测技术领域，涉及到一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强和光声池免抛光的方法。

背景技术

痕量气体检测在大气环境检测、工业过程控制以及生命科学领域有着广泛的应用需求。随着激光技术的发展，光谱技术已经成为一种具有高灵敏度、响应时间快和选择性强等优势的气体检测方法。光声光谱是通过直接测量气体因吸收光能而产生热量的光谱量热技术，是一种无背景吸收光谱技术。基于光声光谱检测技术的探测系统中，一般采用光声池作为声波产生单元。目前基于光声光谱技术的痕量气体检测系统根据工作模型的不同可分为两类，分别是共振式光声系统和非共振式光声系统。由于共振式光声系统容易受到外界环境的干扰，存在共振频率漂移的问题，不适合在环境复杂多变的变电站、核电站、医院和煤矿等场所现场应用，因此目前商业化的光声光谱检测仪普遍采用灵敏度较低的非共振光声系统。对于非共振光声系统，提高检测灵敏度至关重要。由于光声测量的灵敏度正比于气体吸收的光强大小，可以通过提高气体吸收光强的大小来提高非共振光声系统的检测灵敏度。根据Beer-Lambert定律可知，为了提高气体吸收的光强大小，可以通过增加气体的吸收光程来实现。对非共振光声池进行抛光处理是一种非常有效的手段，但是也因此增大了光声池的加工难度。另外对于一些不规则形状光声池，很难对其实现抛光处理，限制了光声系统灵敏度的进一步提高。因此设计一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强并且实现光声池免抛光的方法对于微量气体检测领域具有重要的应用价值。

发明内容

本发明为克服以上的缺陷，提供了一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强和光声池免抛光的方法，该方法不仅实现对光声系统灵敏度的增强，还能够使光声池不再需要抛光处理，减小了光声池的加工难度，降低了光声系统的成本，为光声光谱检测技术在商业化的应用中拓展了更大的空间。

本发明的技术方案：

一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强和光声池免抛光的方法，在非共振光声池系统中，其中醋酸纤维膜贴满光声池的内部，实现对光声系统灵敏度的增强。

所述的醋酸纤维膜贴于光声池的内部侧壁、外盖的下部分和压片上部分，醋酸纤维膜的贴法不应该影响光源的入射和气体的通入，通过醋酸纤维膜实现对光声系统灵敏度的增强，所依据的原理是醋酸纤维膜增加了激励光源在光声池内的散射次数，从而增加气体的吸收光程，达到的效果是能够实现灵敏度三倍左右的增强，非共振光声池对内部的粗糙度要求很高，该方法能实现非共振光声池的免抛光。

本发明的有益效果：该方法不仅实现对非共振光声系统灵敏度的增强，还能使光声池不再需要抛光处理，减小了光声池的加工难度，降低了光声系统的成本，为光声光谱检测技术在商业化的应用中拓展了更大的空间。

附图说明

图1为本发明非共振光声池系统装配图主视图。

图2为本发明非共振光声池系统装配图左视图。

图3为本发明非共振光声池系统装配图俯视图。

图4为本发明贴于压片的醋酸纤维膜的形状示意图。

图5为本发明贴于外盖的醋酸纤维膜的形状示意图。

图6为本发明非共振光声池系统内部未抛光且未贴醋酸纤维膜的二次谐波图。

图7为本发明非共振光声池系统内部抛光后未贴醋酸纤维膜的二次谐波图。

图8为本发明非共振光声池系统未抛光且贴满醋酸纤维膜的二次谐波图。

图9为本发明非共振光声池系统抛光后且贴满醋酸纤维膜的二次谐波图。

图10为本发明非共振光声池系统内部抛光后未贴醋酸纤维膜的本底噪声图。

图11为本发明非共振光声池系统内部抛光后且贴满醋酸纤维膜的本底噪声图。

图中：1外盖；2压片；3非共振传感头；4醋酸纤维膜。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了如附图1所示的非共振光声池系统，主要由外盖1，压片2，非共振传感头3，醋酸纤维膜4组成。

图4所示的是贴于压片的醋酸纤维膜的形状示意图，且此醋酸纤维膜与压片的形状以及尺寸相同。

图5所示的是贴于外盖的醋酸纤维膜的形状示意图，且此醋酸纤维膜与外盖的下部分形状以及尺寸相同。

操作流程：首先对内部未抛光且未贴醋酸纤维膜的非共振光声池系统进行实验得到其二次谐波图如图6，接着在相同条件下对内部抛光后但未贴醋酸纤维膜的非共振光声池系统进行实验得到其二次谐波图如图7。再对内部未抛光但贴满醋酸纤维膜非共振光声池系统进行实验得到其二次谐波图如图8，最后对内部抛光后且贴满醋酸纤维膜非共振光声池系统进行实验得到其二次谐波图如图9，对比二次谐波图可以得到：相同试验条件下，内部抛光后但未贴醋酸纤维膜的非共振光声池系统得到的光声信号大小是内部未抛光且未贴醋酸纤维膜的非共振光声池系统的2倍，证实光声池的内壁抛光会增加光声信号的大小。内部抛光后且贴满醋酸纤维膜非共振光声池系统产生的光声信号大小和内部未抛光但贴满醋酸纤维膜非共振光声池系统产生的光声信号大小基本相同，且内部抛光后且贴满醋酸纤维膜非共振光声池系统产生的光声信号大小是内部抛光后但未贴醋酸纤维膜非共振光声池系统产生的光声信号大小的三倍左右，从而得出醋酸纤维膜能够实现非共振光声池系统的灵敏度提高的结论。并且内部未抛光但贴满醋酸纤维膜的非共振光声池系统与内部抛光后且贴满醋酸纤维膜非共振光声池系统产生的光声信号大小相同，由此可见醋酸纤维膜放入非共振光声池内部可以实现非共振光声池的免抛光。图10和图11分别表示的是抛光后的非共振光声系统未贴和贴醋酸纤维膜后内部充满氮气时测得的本底噪声图，两者相差不大，由此可以得出结论，醋酸纤维膜并不会产生固体光声信号从而引起系统光声信号的增加，贴完醋酸纤维膜引起的光声信号的提高完全是由气体本身产生，验证了系统的可行性。

以上的数据只针对的是图1的非共振光声池系统，但是对于其他的非共振光声池系统以上的规律是相同的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用醋酸纤维膜实现光声系统灵敏度增强和光声池免抛光的方法，其特征在于，在非共振光声池系统中，醋酸纤维膜贴满光声池的内壁面、外盖的下部分和压片上部分，醋酸纤维膜不影响光源的入射和气体的通入；

所述醋酸纤维膜增加激励光源在光声池内的散射次数，从而增加气体的吸收光程，实现灵敏度三倍左右的增强。

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