CN113109268B - 光声光谱增强装置以及使用该装置进行气体检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光声光谱增强装置以及气体检测的方法，该光声光谱增强装置，包括有如下结构：具有底面为偶数个边正多边形的棱柱形光声气体池；在所述光声气体池内的多个相互交叉的气体谐振腔，所述谐振腔沿平行于所述底面方向且从棱柱沿中心对称的两个侧面之间延伸，所述棱柱的侧面的个数为偶数，并且所述多个谐振腔在平行于所述底面的同一平面内的中心点相互交叉重叠；所述棱柱的侧表面与所述谐振腔之间具有缓冲腔，每一个所述谐振腔与两个所述缓冲腔相连通；在所述交叉重叠位置具有一孔槽，在所述孔槽内具有微音器。在实际应用中可根据需要细微调整从而实现光声信号增强或者多种气体同时检测，本发明还具有加工简单，体积小等优点。

Description

光声光谱增强装置以及使用该装置进行气体检测的方法

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别是涉及一种用于气体光声光谱检测的谐振式光声光谱增强装置及使用该光声光谱增强装置进行气体检测的方法。

背景技术

光声光谱技术是一种基于气体对不同波长的红外光具有选择性吸收原理的气体检测技术。该技术主要利用气体吸收光后产生热膨胀，进而通过周期性调制输入光，使得气体膨胀呈现周期性从而引发声波，使用微音器检测声波实现气体传感。然而，因为光声效应十分微弱，检测光声信号难度大，光声光谱技术应用成本高限制了光声光谱技术的应用。共振型结构的光声气室能够通过让光声信号形成驻波产生共振，从而放大光声信号，目前应用较多为圆柱形结构，其具有一阶纵向共振效应，结构简单，加工制造成本低。然而圆柱形光声气室对声信号放大仍然具有一定的上限，因此需要一种进一步对声信号放大的光声光谱气体检测结构，并且也急需一种能够对多种气体检测的高效的光声光谱检测装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供气体检测技术领域，特别是涉及一种用于气体光声光谱检测的谐振式光声光谱增强装置及使用该光声光谱增强装置进行气体检测的方法，能够利用光声气体池的多谐振管中心点重合的共面结构对声信号放大，在实际应用中可根据需要细微调整从而实现光声信号增强或者多种气体同时检测。

本发明提供的技术方案如下：

一种光声光谱增强装置，其特征在于，包括有如下结构：

具有底面为偶数个边正多边形的棱柱形光声气体池；

在所述光声气体池内的多个相互交叉的气体谐振腔，所述谐振腔沿平行于所述底面方向且从棱柱沿中心对称的两个侧面之间延伸，所述棱柱的侧面个数为偶数，并且所述多个谐振腔在平行于所述底面的同一平面内的中心点相互交叉重叠；

所述棱柱的侧表面与所述谐振腔之间具有缓冲腔，每一个所述谐振腔与两个所述缓冲腔相连通；

在所述交叉重叠位置具有一孔槽，在所述孔槽内具有微音器。

进一步的，所述微音器连接检测装置。

进一步的，光声光谱增强装置还包括外部的信号发生器，所述信号发生器能够使用电信号控制激光器进行脉冲输出调制。

进一步的，所述多个谐振腔的长度相同。

进一步的，通过对棱柱侧表面的缓冲腔深度的改变以使所述多个谐振腔的长度不同，每一个谐振腔对应的两个缓冲腔的深度相同，但相邻的缓冲腔的深度不同。

进一步，本发明还公开一种使用上述的光声光谱增强装置进行气体检测的方法，其中所述的底面为偶数个边正多边形的棱柱形为六棱柱，所述六棱柱的底面为正六边形，所述气体检测方法包括以下步骤：

步骤S1：将待检测气体通入到光声光谱增强装置中；

步骤S2：沿垂直于所述六棱柱的六个侧面其中的第一面对应的缓冲腔表面的垂直方向入射激光束，在与该第一面中心对称的第二面侧具有与水平面成第一角度的第一长度的第一平面镜；与该第一面相邻的两个面为第三面和第四面，其中所述第三面为激光束的出光面，所述第四面的外部具有与水平面成第二角度的第二长度的第二平面镜；与所述第四面中心对称的第五面的外部具有与水平面成第三角度的第三长度的第三平面镜，所述第二长度与第三长度相同且小于第一长度，第二角度为30°，第三角度为60°，第一角度为直角，所述的水平面指沿多个所述谐振腔所在面的剖面图的平面图的水平方向；

步骤S3：多个谐振腔在同一平面内的中心点相互交叉重叠处的微音器结构将检测到的声波转换为电信号进行测量。

进一步的，沿所述谐振腔延伸方向，所述缓冲腔的深度是谐振腔长度的一半。

进一步的，本发明还公开一种使用上述的光声光谱增强装置进行气体检测的方法，其中所述的底面为偶数个边正多边形的棱柱形为六棱柱，所述六棱柱的底面为正六边形，所述气体检测方法包括以下步骤：

步骤S1：将具有多个不同气体组分的待检测气体通入到光声光谱增强装置的三个不同长度谐振腔中；

步骤S2：将三种不同输出波长的激光器对应不同的谐振腔，并使用信号发生器对激光器的输出频率和模式进行调整，并将调整后的激光束入射到谐振腔中；

步骤S3：多个谐振腔在同一平面内的中心点相互交叉重叠处的微音器结构将检测到的声波转换为电信号进行测量。

进一步的，所述光声气体池上还包括有进气口和出气口。

进一步的，所述谐振腔的长度为10-30mm，其直径为2-4mm，所述缓冲腔直径为6-10mm。

进一步的，缓冲腔外部贴有圆形玻璃片，所述圆形玻璃片的直径为10-12mm，所述圆形玻璃的直径大于缓冲腔的直径。

进一步的，所述光声气体池的外壳材质为铝、紫铜、树脂或者钢。

进一步的，相邻谐振腔的长度差为1.5-2.5mm。

本发明提供的方案中，具有以下的有益的技术效果：

1、由于在谐振腔的中间位置处，信号强度最大，本发明中的底面为偶数个边正多边形的棱柱形的两两中心对称的侧面之间具有谐振腔，并且在同一平面上，谐振腔的交叉点的重叠处具有用于检测的微音器结构，当三个谐振管的中心点位置重合，其位于中点的正上方和正下方信号强度最好，为三个谐振管信号叠加而成。因此本发明提出的结构相对于单通道圆柱结构光声腔室，具有更好的光声信号放大能力；

2、通过设置多个反射镜，可以对其中一个面射入的激光进行多次反射，并可以通过改变反射镜与水平面之间的夹角，能够实现一束激光器的对三个谐振腔室内的气体的检测，三个谐振腔中的声信号能够增强，使光声信号达到最大强度；反射镜相对于光纤来说，由于激光在光纤中传播时，光纤位置、形状的改变，容易对内部的激光相位、强度等造成干扰，这样会使光声信号强度发生波动，而反射镜放置在固定位置，只是对激光的传播方向进行了改变，在谐振腔中使用单一束激光器和经反射后的激光束，产生的光声效应稳定，相对于光纤来说，具有更好的抗干扰能力；

3、光声气体池为底面具有偶数个边正多边形的棱柱形，由于具有正多边形的底面结构，具有偶数个侧面，在两个沿中心对称的侧面之间具有谐振腔，谐振腔通过缓冲腔与棱柱的侧面接触，通过控制缓冲腔的深度可以实现谐振腔的长度不同，然后使用单一信号发生器对三束不同波长的激光束调制，将三束相同频率的激光束对三个不同长度的谐振腔内的气体进行检测，这样可以在不同长度的谐振腔中实现不同气体组分的检测，对多组分的气体来说，通过使用相同频率的三束激光的一次测量，由于激光束的频率相同，则腔室之间不会发生声波串扰，三束激光束是不同波长的激光束，使用同一信号发生器进行调整，可以减少设备的使用量，只要使检测的气体对激光束吸收波长波段在激光束的波长范围内即可实现气体的检测，并且三个谐振腔的长度不同，这样就可以使不同气体都可以在最佳的灵敏度的位置，更好的实现对多个不同气体组分的检测，并且能够提高谐振强度，能够高效率和高精确度的检测。

因此，本发明能够利用光声气体池的多谐振管中心点重合的共面结构对声信号放大，在实际应用中可根据需要细微调整从而实现光声信号增强或者多种气体同时检测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为单个谐振腔结构及信号放大系数说明；

图2为本发明实施例中具有多个谐振腔的光声光谱增强装置的沿谐振腔所在面的剖面图；

图3为多个谐振腔的光声光谱增强装置的激光束照射检测气体的示意图。

图4为多个谐振腔通道内的信号强度叠加示意图；

图5为多个谐振腔的光声光谱增强装置的立体图；

图6为使用三个不同激光束对三个不同长度的谐振腔进行气体检测的示意图；

图7为不同长度的谐振腔通道内的信号强度叠加示意图；

图8为多个不同长度的谐振腔的光声光谱增强装置的立体图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

发明人经研究发现，如上面所述，在光声气体池检测气体时，由于光声效应十分微弱，检测光声信号难度大，光声光谱技术应用成本高限制了光声光谱技术的应用。共振型结构的光声池能够通过让光声信号形成驻波产生共振，从而放大光声信号，目前应用较多为圆柱形结构，其具有一阶纵向共振效应，结构简单，加工制造成本低。然而圆柱形光声气室对声信号放大仍然具有一定的上限。

因此，提出了本发明的技术方案。下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。

本发明中采用的光声光谱技术对气体检测，检测的气体是对红外光具有一定吸收作用的气体，气体可以为烷烃气体、CO、甲醛、水汽、硫化氢等气体。

如图1-2所示，为本发明的光声光谱增强装置的剖面图，图2所示的为具有多个气体谐振腔的光声光谱增强装置的沿多个气体谐振腔所在的平面的剖面示意图，为了便于和后面立体图中的多个附图标记序号区分，在附图1-2中的附图标号使用的字母代替，在该示意的截面图中，具有三个通道，通道a、通道b和通道c，三个通道分别从光声光谱增强装置的其中一个侧面向其中心对称的另一个侧面延伸，每个通道均包含两侧的缓冲腔g和谐振腔e，谐振腔e位于两个缓冲腔g之间；并且在光声光谱增强装置的侧面也就是缓冲腔g的表面，具有透明的玻璃片f，玻璃片f能够使激光束通过并对缓冲腔及谐振腔组成的通道形成相对封闭的内部环境。在三个谐振腔相互交叠的区域具有麦克风槽d，麦克风设置在该麦克风槽中，用于将声信号转化为电信号。如图1所示为具有单个谐振腔室的示意图，我们用单个谐振腔来说明信号的增强，在谐振腔的中间位置具有麦克风槽d中设置有麦克风，如图1右边的谐振管腔的位置与信号放大系数之间的关系可知，声波会在谐振腔内形成驻波被放大，在谐振管腔的中点位置处，信号放大系数最大，而本发明的具有三个谐振腔的光声光谱增强装置中，三个谐振腔在中点处重叠，每一个谐振腔中点的信号放大系数最强，则在中点重叠处的正上方和正下方信号强度最好，为三个谐振管信号叠加而成。因此本发明提出的结构相对于单通道圆柱结构光声腔室，具有更好的光声信号放大能力。

如图3-5所示的光声光谱增强装置立体结构图及对应的使用激光器进行气体检测的方式示意图，首先我们对光声光谱增强装置进行描述。

如图3-5所示的结构是以具有六个面的棱柱形为例，底面和顶面具有正六边形的棱柱形，本发明在此以正六边形的棱柱为例来说明，但不仅仅限于底面和顶面为正六边形的棱柱，只要底面和顶面具有偶数个面的正多边形就可以，比如，正四边形、正六边形、正八边形、正十边形等。此处为了便于说明，以底面和顶面为正六边形的棱柱为例来说明，

如图3和图5所示的本发明提供的一种光声光谱增强装置，该光声光谱增强装置，包括有如下结构：

具有底面为偶数个面正多边形的棱柱形光声气体池；在所述光声气体池内的多个相互交叉的气体谐振腔24、25、26，三个所述气体谐振腔24、25、26沿平行于所述底面方向且从棱柱沿中心对称的两个侧面之间延伸，所述棱柱的侧面个数为偶数，并且所述谐振腔在平行于所述底面的同一平面内的中心点相互交叉重叠，相互交叉重叠的位置具有音孔28(麦克风槽)，微音器27(麦克风)放置在音孔中，并通过引线与外面的信号接收器1进行电连接，将声音信号转换的电信号通过信号接收器1进行接收，并进一步将检测的信号通过检测装置显示，以将检测的结果进行可视化的展示；

所述棱柱的每一个侧表面与每一个所述谐振腔之间均具有缓冲腔，如谐振腔24两侧的缓冲腔11和20、谐振腔25两侧的缓冲腔14和22、谐振腔26两侧的缓冲腔8和17。每一个谐振腔与两个缓冲腔相连通；在每一个缓冲腔的表面都设置有透明的玻璃片，作为激光器的入射窗口，玻璃片为圆形并且其直径大于缓冲腔的直径，这样可以更好的密封缓冲腔面，在缓冲腔和谐振腔内部形成相对密封的空间，防止外界的干扰，所述缓冲腔直径为6-10mm；缓冲腔外部贴有圆形玻璃片，所述圆形玻璃片的直径为10-12mm。如谐振腔26的缓冲腔8的玻璃片6作为光的入射窗口，缓冲腔17的玻璃片15作为光的出射窗口，经过反射镜2反射的激光束经过缓冲腔14的玻璃片13作为入射窗口进入到谐振腔25，然后经过缓冲腔22的玻璃片23作为光的出射窗口，经过反射镜4反射的激光束再经过反射镜2经过缓冲腔20的玻璃片19进入到谐振腔24，并经过缓冲腔11的玻璃片10作为出射窗口射出。同一束激光束在谐振腔内多次谐振，当三个谐振管的中心点位置重合，其位于中点的正上方和正下方信号强度最好，为三个谐振管信号叠加而成，同时同一激光束频率相同，相邻的谐振腔中也不会发生串扰，测量的精度会提高。

如图4所示为三个不同的谐振腔通道中信号强度和频率之间的对应关系，在频率中间的位置，也就是谐振腔的中间位置处信号强度最大，每一个谐振腔由于使用的激光束相同，对应的频率和信号强度都相同，在中间重叠交叉的区域处，信号强度会得到叠加，形成如图4最下方的合成信号强度会优于每一个单个谐振腔中的信号强度，这样可以提高气体的检测性能，对微弱气体也能够灵敏的进行检测。

在本实施例中，作为底面和顶面为正多边形的棱柱结构，棱柱之间的两两中心对称的面之间的距离相同，并且各个缓冲腔的深度相同，谐振腔的长度也相同，这样会使每个谐振腔内的谐振点位于相同的中间位置，提高谐振信号的强度，对单一气体的测量能够提高灵敏度。

在光声光谱增强装置的外部还具有信号发生器5和激光器结构4，激光器结构4可以通过信号发生器5对激光器进行脉冲输出调制。信号发生器输出信号为正弦波，调制激光器4的输出光，信号发生器频率从7000Hz扫描到8000Hz，步进长度为10Hz，信号接受器1记录每个工作频率的光声信号幅值，绘制频率与信号强度图。

还是以底面和顶面均为正六边形的棱柱为例来说明使用上述的光声光谱增强装置进行气体检测的方法，这里也要强调一点，可以使用具有偶数个面的正多边形的棱柱来实现多个谐振腔增强信号的检测，这里仅是以正六边形的底面和顶面的棱柱进行说明。

还是如图3-5所示，在使用光声光谱增强装置进行气体检测时，按照以下步骤进行检测，步骤S1：首先将待检测的气体通入到光声光谱增强装置中。在该步骤中，在三个谐振腔中通入相同的气体，如图3所示，在谐振腔26中具有进气口7和出气口16，在谐振腔25中具有进气口21和出气口13，在谐振腔24中具有进气口9和出气口18，所有谐振腔的进气口和出气口均设置在对应的缓冲腔的上方，气体经过进气口进入到缓冲腔，缓冲腔能够对气流和噪音的缓冲。为了防止外界噪音的干扰，在该光声光谱增强装置外部还设置有一层外壳(未图示)，能够对外界噪音进一步隔离。通入气体之后，执行步骤S2，使用激光器结构对谐振腔内部通入激光束，如图3所示的剖面图，激光器结构4可以通过信号发生器5对激光器进行脉冲输出调制，调制后的激光束经过其中的一个面入射到谐振腔中。

具体的步骤S2为：沿垂直于所述六棱柱的六个侧面其中的第一面(如附图3中所示的激光器对应玻璃片6所对应的入射窗口)对应的缓冲腔表面的方向垂直入射激光束，在与该第一面中心对称的第二面(玻璃片15所在的侧面)侧具有与水平面成第一角度的第一长度的第一平面镜M1；与该第一面相邻的两个面为第三面和第四面，其中所述第三面(玻璃片10所在的侧面)为激光束的出光面，所述第四面(玻璃片23所在的侧面)的外部具有与水平面成第二角度的第二长度的第二平面镜M3；与所述第四面中心对称的第五面(玻璃片13所在的侧面)的外部具有与水平面成第三角度的第三长度的第三平面镜M2，所述第二长度与第三长度相同且小于第一长度，第二角度为30°，第三角度为60°，第一角度为直角，所述的水平面指沿多个所述谐振腔所在面的剖面图的平面图的水平方向。

激光束在多次反射之后，进行步骤S3，多个谐振腔在同一平面内的中心点相互交叉重叠处的微音器结构将检测到的声波转换为电信号进行测量，并将信号接受器1记录每个工作频率的光声信号幅值，绘制频率与信号强度图，以便于对比测量结果。

在本实施例中，通过设置多个反射镜，可以对其中一个面射入的激光进行多次反射，并可以通过改变反射镜与水平面之间的夹角，能够实现一束激光器的对三个谐振腔室内的气体的检测，三个谐振腔中的声信号能够增强，使光声信号达到最大强度；反射镜相对于光纤来说，由于激光在光纤中传播时，光纤位置、形状的改变，容易对内部的激光相位、振幅、频率等造成干扰，这样会使谐振强度发生改变，而反射镜放置在固定位置，只是对激光的传播方向进行了改变，在谐振腔中使用单一束激光器和经反射后的激光束，能够更好达到一致的谐振，相对于光纤来说，具有更好的抗干扰能力。

本发明的另一实施例中，使用的也是底面和顶面具有偶数个边的正多边形的棱柱，也就是棱柱结构的沿中心对称的两个面之间的距离相等，沿中心对称的两个面之间具有两个缓冲腔以及设置在缓冲腔之间的谐振腔，通过控制相邻的谐振腔对应的缓冲腔的深度不同来实现相邻的谐振腔的长度不同，由于相邻的谐振腔的长度不同，这样就可以使不同的谐振腔测量不同的气体，单一的测量可以在每个谐振腔中具有不同气体的最佳的灵敏度的位置，更好的实现对多个不同气体组分的检测。

如图6-8所示，与上面的实施例类似，相同的结构使用相同的附图标记进行标注。在本实施例中，为了便于说明，还是采用底面和顶面为正六边形的棱柱结构的光声气体池，在所述光声气体池内的多个相互交叉的气体谐振腔24、25、26，三个所述气体谐振腔24、25、26沿平行于所述底面方向且从棱柱沿中心对称的两个侧面之间延伸，所述棱柱的侧面个数为偶数，并且所述谐振腔在平行于所述底面的同一平面内的中心点相互交叉重叠，相互交叉重叠的位置具有音孔28(麦克风槽)，微音器27(麦克风)放置在音孔中，并通过引线与外面的信号接收器1进行电连接，将声音信号转换的电信号通过信号接收器1进行接收，并进一步将检测的信号通过检测装置显示，以将检测的结果进行可视化的展示；

所述棱柱的每一个侧表面与每一个所述谐振腔之间均具有缓冲腔，如谐振腔24两侧的缓冲腔11和20、谐振腔25两侧的缓冲腔14和22、谐振腔26两侧的缓冲腔8和17。每一个谐振腔与两个缓冲腔相连通；在每一个缓冲腔的表面都设置有透明的玻璃片，作为激光器的入射窗口，玻璃片为圆形并且其直径大于缓冲腔的直径，这样可以更好的密封缓冲腔面，在缓冲腔和谐振腔内部形成相对密封的空间，防止外界的干扰，在本实施例中，所述缓冲腔直径为6-10mm；缓冲腔外部贴有圆形玻璃片，所述圆形玻璃片的直径为10-12mm。在本实施例中，同一谐振腔对应的两个缓冲腔的深度相同，但两个相邻的谐振腔对应的缓冲腔的深度不同，如图6所示，在本实施例中，谐振腔24对应的缓冲腔20和11的的深度相同，但缓冲腔20和11的深度均大于相邻的谐振腔25对应的缓冲腔14和22的深度，缓冲腔14和22的深度相同；谐振腔26对应的缓冲腔8和17的深度相同，但均小于相邻的谐振腔25对应的缓冲腔8和17的深度。相邻的谐振腔对应的缓冲腔的深度不同，就使相邻的谐振腔的长度不同，这样就可以使不同的谐振腔测量不同的气体，单一的测量可以在每个谐振腔中具有不同气体的最佳的灵敏度的位置，更好的实现对多个不同气体组分的检测。在本实施例中，相邻谐振腔的长度差为1.5-2.5mm。

如图7所示，为三个不同的长度谐振腔通道中信号强度和频率之间的对应关系，由于三个不同长度的谐振腔通道，在不同的谐振腔通道中信号强度的最高值并不在同一位置，这就意味着针对不同气体测量时，利用不同气体吸收光后产生热膨胀，通过周期性调制输入光，使得气体膨胀呈现周期性从而引发声波信号强度的最高值不同，而三个不同长度的谐振腔在同一平面内具有交叉重叠区域，经过该交叉重叠区域的信号叠加，形成如图7所示的下方的合成信号，对应不同的信号波峰，可以检测出不同气体的含量，这样可以通过一次测量，实现三种气体的检测。在具有更多个谐振腔时，能够实现多种气体的测量，减少了测量时间。

如图6和图8所示，使用该光声光谱增强装置进行气体检测的方法具体包括以下步骤：

其中以底面和顶面为正六多边形的棱柱形的六棱柱为例来说明，其他的顶面和底面具有偶数个正多边形的棱柱也可以，比如底面和顶面均为正四边形，正八边形，正十边形、正十二边形等都可以实现多种气体的测量。

步骤S1：将具有多个不同气体组分的待检测气体通入到光声光谱增强装置的三个不同长度谐振腔中。首先将待检测的气体通入到光声光谱增强装置中。在该步骤中，在三个谐振腔中通入相同的具有多种气体组分的气体混合物，如图8所示，在谐振腔26中具有进气口7和出气口16，在谐振腔25中具有进气口21和出气口13，在谐振腔24中具有进气口9和出气口18，所有谐振腔的进气口和出气口均设置在对应的缓冲腔的上方，气体经过进气口进入到缓冲腔，缓冲腔能够对气流和噪音的缓冲。为了防止外界噪音的干扰，在该光声光谱增强装置外部还设置有一层外壳(未图示)，能够对外界噪音进一步隔离。通入气体之后，执行步骤S2，使用激光器结构对谐振腔内部通入激光束，如图6所示的剖面图，激光器结构2-4可以通过信号发生器5对激光器进行脉冲输出调制，调制后的激光束经过其中的一个面入射到谐振腔中。

步骤S2：将三种不同输出波长的激光器对应不同的谐振腔，并使用信号发生器对激光器的输出频率和模式进行调整，并将调整后的激光束入射到谐振腔中；用单一信号发生器5对三束不同波长的激光束(激光器2-4输出的激光的波长不同)调制，将三束相同频率的激光束对三个不同长度的谐振腔内的气体进行检测，这样可以在不同长度的谐振腔中实现不同气体组分的检测，对多组分的气体来说，通过使用相同频率的三束激光的一次测量，由于激光束的频率相同，则腔室之间不会发生声波串扰，三束激光束是不同波长的激光束，使用同一信号发生器进行调整，可以减少设备的使用量，只要使检测的气体对激光束吸收波长波段在激光束的波长范围内即可实现气体的检测，并且三个谐振腔的长度不同，这样就可以使不同气体都可以在最佳的灵敏度的位置，更好的实现对多个不同气体组分的检测，并且能够提高谐振强度，能够高效率和高精确度的检测。

然后进行步骤S3：多个谐振腔在同一平面内的中心点相互交叉重叠处的微音器结构将检测到的声波转换为电信号进行测量，并将信号接受器1记录每个工作频率的光声信号幅值，绘制频率与信号强度图，以便于对比测量结果。

在本实施例中，光声气体池为底面具有偶数个边正多边形的棱柱形，由于具有正多边形的底面结构，具有偶数个侧面，在两个沿中心对称的侧面之间具有谐振腔，谐振腔通过缓冲腔与棱柱的侧面接触，通过控制缓冲腔的深度可以实现谐振腔的长度不同，然后使用单一信号发生器对三束不同波长的激光束调制，将三束相同频率的激光束对三个不同长度的谐振腔内的气体进行检测，这样可以在不同长度的谐振腔中实现不同气体组分的检测，对多组分的气体来说，通过使用相同频率的三束激光的一次测量，由于激光束的频率相同，则腔室之间不会发生声波串扰，三束激光束是不同波长的激光束，使用同一信号发生器进行调整，可以减少设备的使用量，只要使检测的气体对激光束吸收波长波段在激光束的波长范围内即可实现气体的检测，并且三个谐振腔的长度不同，这样就可以使不同气体都可以在最佳的灵敏度的位置，更好的实现对多个不同气体组分的检测，并且能够提高谐振强度，能够高效率和高精确度的检测。

在以上的实施例中，所述谐振腔的长度为10-30mm，其直径为2-4mm；所述光声气体池的外壳材质为铝、紫铜、树脂或者钢。

综上可知，本发明能够利用光声气体池的多谐振管中心点重合的共面结构对声信号放大，在实际应用中可根据需要细微调整从而实现光声信号增强或者多种气体同时检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光声光谱增强装置，其特征在于，包括如下结构：具有底面为正六边形的棱柱形光声气体池；在所述光声气体池内的三个相互交叉的气体谐振腔，所述气体谐振腔沿平行于所述底面方向且从棱柱沿中心对称的两个侧面之间延伸，所述棱柱的侧面的个数为六个，并且三个所述气体谐振腔在平行于所述底面的同一平面内的中心点相互交叉重叠；所述棱柱的每个侧表面与所述气体谐振腔之间均具有缓冲腔，每一个所述气体谐振腔的两端分别与两个所述缓冲腔相连通；在所述交叉重叠位置具有一孔槽，在所述孔槽内具有微音器；三个所述气体谐振腔的长度相同；

沿垂直于棱柱的六个侧面其中的第一面对应的缓冲腔表面的方向垂直入射激光束，在与所述第一面中心对称的第二面的外侧具有与水平面成第一角度的第一长度的第一平面镜；与所述第一面相邻的两个面为第三面和第四面，其中所述第三面为激光束的出光面，所述第四面的外部具有与水平面成第二角度的第二长度的第二平面镜；与所述第四面中心对称的第五面的外部具有与水平面成第三角度的第三长度的第三平面镜；所述第二长度与第三长度相同且小于第一长度，第二角度为30°，第三角度为60°，第一角度为直角，所述的水平面为与三个所述气体谐振腔所在面平行的面；

沿垂直于棱柱的六个侧面其中的第一面对应的缓冲腔表面的方向垂直入射激光束，激光束经过第二面后被所述第一平面镜反射到第三平面镜，第三平面镜将激光束反射后通过棱柱的第五面和第四面，激光束通过第四面后入射到第二平面镜，被第二平面镜反射到第一平面镜，然后被第一平面镜反射通过第六面，最后从第三面出射。

2.根据权利要求1所述的光声光谱增强装置，其特征在于，所述微音器连接检测装置。

3.根据权利要求1所述的光声光谱增强装置，其特征在于，所述光声光谱增强装置还包括外部的信号发生器，所述信号发生器能够使用电信号控制激光器进行脉冲输出调制。

4.一种使用如权利要求1-3任一项所述的光声光谱增强装置进行气体检测的方法，包括以下步骤：步骤S1：将待检测气体通入到光声光谱增强装置中；步骤S2：沿垂直于棱柱的六个侧面其中的第一面对应的缓冲腔表面的方向垂直入射激光束，激光束经过第二面后被所述第一平面镜反射到第三平面镜，第三平面镜将激光束反射后通过棱柱的第五面和第四面，激光束通过第四面后入射到第二平面镜，被第二平面镜反射到第一平面镜，然后被第一平面镜反射通过第六面，最后从第三面出射；步骤S3：三个气体谐振腔在同一平面内的中心点相互交叉重叠处的微音器结构将检测到的声波转换为电信号进行测量。

5.如权利要求4所述的气体检测的方法，其特征在于，沿所述气体谐振腔延伸方向，所述缓冲腔的长度是所述气体谐振腔长度的一半。

6.如权利要求4所述的气体检测的方法，其特征在于，所述光声气体池上还包括有进气口和出气口。

7.如权利要求4所述的气体检测的方法，其特征在于，所述气体谐振腔的长度为10-30mm，其直径为2-4mm，所述缓冲腔直径为6-10mm。

8.如权利要求4所述的气体检测的方法，其特征在于，每个所述缓冲腔外部均贴有圆形玻璃片，所述圆形玻璃片的直径为10-12mm，所述圆形玻璃片的直径大于缓冲腔的直径。

9.如权利要求4所述的气体检测的方法，其特征在于，所述光声气体池的外壳材质为铝、紫铜、树脂或者钢。

Images