CN114689517A - 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池 - Google Patents

一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池 Download PDF

Info

Publication number
CN114689517A
CN114689517A CN202210482478.7A CN202210482478A CN114689517A CN 114689517 A CN114689517 A CN 114689517A CN 202210482478 A CN202210482478 A CN 202210482478A CN 114689517 A CN114689517 A CN 114689517A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photoacoustic
horn
photoacoustic cell
shaped
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210482478.7A
Other languages
English (en)
Inventor
廖建平
王邸博
彭翔
卓然
刘志峰
黄之明
罗颜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China South Power Grid International Co ltd
Maintenance and Test Center of Extra High Voltage Power Transmission Co
Original Assignee
China South Power Grid International Co ltd
Maintenance and Test Center of Extra High Voltage Power Transmission Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China South Power Grid International Co ltd, Maintenance and Test Center of Extra High Voltage Power Transmission Co filed Critical China South Power Grid International Co ltd
Priority to CN202210482478.7A priority Critical patent/CN114689517A/zh
Publication of CN114689517A publication Critical patent/CN114689517A/zh
Priority to PCT/CN2022/131051 priority patent/WO2023213067A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/0389—Windows
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • G01N2021/1704—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids in gases

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及气体检测技术领域，公开了一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池。本发明的喇叭形光声池包括光声池壳体、进气口、出气口、喇叭形缓冲腔、谐振腔、声音传感器、入光口和出光口，光声池壳体内设置两个关于其纵向对称轴对称设置的喇叭形缓冲腔，每个喇叭形缓冲腔的中心轴线与光声池的横向对称轴位于同一直线上，其中一侧喇叭形缓冲腔连接进气口，另一侧喇叭形缓冲腔连接出气口，两喇叭形缓冲腔之间连通有谐振腔；所述声音传感器靠近谐振腔，入光口和出光口分别设置在光声池壳体的两端。本发明对谐振光声池的结构进行优化，设计了喇叭形光声池，经实验测试，该喇叭形光声池在灵敏度方面要高于现有的圆柱形、T型和H型的谐振光声池。

Description

一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池。
背景技术
有研究表明，可以利用气体的光声效应来对气体测量。在光声光谱气体检测系统中，检测的灵敏度往往是检测系统设计考虑的重要因素。
光声池是光声光谱气体检测系统的重要部分。当光声池工作在谐振状态时，光声光谱气体检测系统的灵敏度往往较高，而光声光谱气体检测系统的灵敏度很大程度上取决于光声池的结构。
现有技术中，谐振光声池的结构大多为圆柱形、T型和H型，这些类型的谐振光声池受到几何形状和结构的约束，容易阻挡光速，使得气体检测结果误差较大，灵敏度较低。
发明内容
本发明提供了一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，解决了现有技术中的谐振光声池存在灵敏度低的缺点的技术问题。
本发明第一方面提供一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，所述喇叭形光声池包括光声池壳体、进气口、出气口、喇叭形缓冲腔、谐振腔、声音传感器、入光口和出光口；
所述光声池壳体内设置两个关于其纵向对称轴对称设置的所述喇叭形缓冲腔，每个喇叭形缓冲腔的中心轴线与所述光声池壳体的横向对称轴位于同一直线上，其中左侧的喇叭形缓冲腔连接所述进气口，右侧的喇叭形缓冲腔连接所述出气口，两喇叭形缓冲腔之间连通有所述谐振腔；所述声音传感器位于所述纵向对称轴上，且临近或连接所述谐振腔，以检测气体在所述谐振腔产生的声音信号；所述入光口开设在所述光声池壳体的一端，所述出光口开设在所述光声池壳体的另一端。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述谐振腔为管道状。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述喇叭形缓冲腔的最大横截面直径与所述谐振腔的横截面直径的比值大于或等于5：1。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述声音传感器临近所述谐振腔时，其底部与所述谐振腔外壁的距离不大于0.5mm。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述声音传感器为微音器、压电陶瓷传声器或光纤声传感器。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述进气口和所述出气口相对设置，且关于所述光声池壳体的纵向对称轴对称。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述入光口和/或出光口位于所处光声池壳体端部的中部位置。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述入光口和出光口相对设置。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述入光口安装有高透镜，所述出光口安装有反射镜。
根据本发明的一种能够实现的方式，所述喇叭形光声池还包括底座；所述底座与所述光声池壳体的底部连接。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明的喇叭形光声池包括光声池壳体、进气口、出气口、喇叭形缓冲腔、谐振腔、声音传感器、入光口和出光口；所述光声池壳体内设置两个关于其纵向对称轴对称设置的所述喇叭形缓冲腔，每个喇叭形缓冲腔的中心轴线与所述光声池壳体的横向对称轴位于同一直线上，其中左侧的喇叭形缓冲腔连接所述进气口，右侧的喇叭形缓冲腔连接所述出气口，两喇叭形缓冲腔之间连通有所述谐振腔；所述声音传感器靠近所述谐振腔以检测气体在所述谐振腔产生的声音信号；所述入光口开设在所述光声池壳体的一端，所述出光口开设在所述光声池壳体的另一端；本发明对谐振光声池的结构进行优化，设计了喇叭形光声池，经实验测试，该喇叭形光声池在灵敏度方面要高于现有的圆柱形、T型和H型的谐振光声池，能够解决现有技术中的谐振光声池存在灵敏度低的缺点的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一个可选实施例提供的一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池的结构示意图。
附图标记：
1-光声池壳体；2-进气口；3-出气口；4-喇叭形缓冲腔；5-谐振腔；6-声音传感器；7-入光口；8-出光口；9-底座。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，用于解决现有技术中的谐振光声池存在灵敏度低的缺点的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例提供的一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池的结构示意图。
请参阅图1，本发明实施例提供的喇叭形光声池包括光声池壳体1、进气口2、出气口3、喇叭形缓冲腔4、谐振腔5、声音传感器6、入光口7和出光口8。
所述光声池壳体1内设置两个关于其纵向对称轴对称设置的所述喇叭形缓冲腔4，每个喇叭形缓冲腔4的中心轴线与所述光声池壳体1的横向对称轴位于同一直线上，其中左侧的喇叭形缓冲腔4连接所述进气口2，右侧的喇叭形缓冲腔4连接所述出气口3，两喇叭形缓冲腔4之间连通有所述谐振腔5；所述声音传感器6位于所述纵向对称轴上，且临近或连接所述谐振腔5，以检测气体在所述谐振腔5产生的声音信号；所述入光口7开设在所述光声池壳体1的一端，所述出光口8开设在所述光声池壳体1的另一端。
进一步地，所述喇叭形光声池还包括底座9；所述底座9与所述光声池壳体1的底部连接。
本发明上述实施例，通过设置喇叭形缓冲腔4呈上述对称结构，使得光声效应产生的声信号的最强位置在所述光声池壳体1的纵向对称轴上，通过设置声音传感器6位于所述纵向对称轴上，且临近或连接所述谐振腔5，能够提高光声池的气体检测灵敏度。
作为一种能够实现的方式，所述谐振腔5为管道状。所述喇叭形缓冲腔4的最大横截面直径与所述谐振腔5的横截面直径的比值大于或等于5：1。
通过本实施例的方式限制喇叭形缓冲腔4与谐振腔5的相对尺寸，能够增强喇叭形缓冲腔4对相干噪音的隔离效果。
声音传感器6可以临近或连接所述谐振腔5。作为一种能够实现的方式，所述声音传感器6临近所述谐振腔5时，其底部与所述谐振腔5外壁的距离不大于0.5mm，以保障声音传感器6对声信号的检测精度。
所述声音传感器6可以为微音器、压电陶瓷传声器或光纤声传感器。作为优选，该声音传感器6为高灵敏度的微音器。
作为一种能够实现的方式，所述进气口2和所述出气口3相对设置，且关于所述光声池壳体1的纵向对称轴对称。进气口2和出气口3的设置实现了光声池内的废气的清洗，且能够保障光声池内气体的流动性，有益于提高气体检测的灵敏度。
光声池的检测原理为：气体通过进气口2注入光声池后，出气口3排除池内气体，在光声池内形成流动气体，激光光束辐射光声池内的气体，气体吸收调制光，产生声波，进而通过微音器将光声池内声波的微小压力变化转变为电信号，送外电路检测。
基于光声池的检测原理，作为一种能够实现的方式，所述入光口7和/或出光口8位于所处光声池壳体1端部的中部位置。
优选地，所述入光口7和出光口8皆位于所处光声池壳体1端部的中部位置，且所述入光口7和出光口8相对设置。
通过设置入光口7和出光口8皆位于所处光声池壳体1端部的中部位置，且设置所述入光口7和出光口8相对，能够使光速沿着光声池壳体1的横向对称轴射入其中，无遮挡地辐射喇叭形缓冲腔4中的气体，有效保障气体检测的灵敏度。
作为一种能够实现的方式，所述入光口7安装有高透镜，所述出光口8安装有反射镜。通过该设置，能够提高光速的透过率，有利于谐振腔5内发生气体的光声效应。
为检测本发明上述实施例的喇叭形光声池的性能，本发明依据有限元分析，利用COMSOL软件构建模型，对比分析了圆柱形光声池、T型光声池、H型光声池和喇叭形光声池的灵敏度。仿真发现，喇叭形光声池的光声池在谐振状态下的灵敏度比其他三种光声池分别高12％、36％、18％。
此外，本发明还开展了实验测试，在谐振状态下对比分析圆柱形光声池、T型光声池、H型光声池和喇叭形光声池的灵敏度。结果表明，喇叭形光声池在谐振下的灵敏度比其他三种光声池分别高6％、15％、9％。因此，喇叭形光声池比其他三种光声池在共振状态下具有更优良的性能和更高的可设计度，具有重要的应用前景。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述喇叭形光声池包括光声池壳体、进气口、出气口、喇叭形缓冲腔、谐振腔、声音传感器、入光口和出光口；
所述光声池壳体内设置两个关于其纵向对称轴对称设置的所述喇叭形缓冲腔，每个喇叭形缓冲腔的中心轴线与所述光声池壳体的横向对称轴位于同一直线上，其中左侧的喇叭形缓冲腔连接所述进气口，右侧的喇叭形缓冲腔连接所述出气口，两喇叭形缓冲腔之间连通有所述谐振腔；所述声音传感器位于所述纵向对称轴上，且临近或连接所述谐振腔，以检测气体在所述谐振腔产生的声音信号；所述入光口开设在所述光声池壳体的一端，所述出光口开设在所述光声池壳体的另一端。
2.根据权利要求1所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述谐振腔为管道状。
3.根据权利要求2所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述喇叭形缓冲腔的最大横截面直径与所述谐振腔的横截面直径的比值大于或等于5：1。
4.根据权利要求1所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述声音传感器临近所述谐振腔时，其底部与所述谐振腔外壁的距离不大于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述声音传感器为微音器、压电陶瓷传声器或光纤声传感器。
6.根据权利要求1所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述进气口和所述出气口相对设置，且关于所述光声池壳体的纵向对称轴对称。
7.根据权利要求1所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述入光口和/或出光口位于所处光声池壳体端部的中部位置。
8.根据权利要求7所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述入光口和出光口相对设置。
9.根据权利要求1所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述入光口安装有高透镜，所述出光口安装有反射镜。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池，其特征在于，所述喇叭形光声池还包括底座；
所述底座与所述光声池壳体的底部连接。
CN202210482478.7A 2022-05-05 2022-05-05 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池 Pending CN114689517A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210482478.7A CN114689517A (zh) 2022-05-05 2022-05-05 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池
PCT/CN2022/131051 WO2023213067A1 (zh) 2022-05-05 2022-11-10 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210482478.7A CN114689517A (zh) 2022-05-05 2022-05-05 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114689517A true CN114689517A (zh) 2022-07-01

Family

ID=82144960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210482478.7A Pending CN114689517A (zh) 2022-05-05 2022-05-05 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114689517A (zh)
WO (1) WO2023213067A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114414493A (zh) * 2022-01-27 2022-04-29 河北卫讯电力自动化设备有限公司 一种增强型光声光谱多组分气体传感器装置
CN115586151A (zh) * 2022-09-28 2023-01-10 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 基于激光光声光谱技术的sf6分解产物在线监测装置
WO2023213067A1 (zh) * 2022-05-05 2023-11-09 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2511327A (en) * 2013-02-28 2014-09-03 Scytronix Ltd Photoacoustic Chemical Detector
CN111735775B (zh) * 2020-07-15 2024-08-09 中南民族大学 用于气体光声光谱检测的束腰双曲型光声池
CN113189012B (zh) * 2021-04-07 2022-12-30 山西大学 一种增强型光声传感装置及方法
CN114689517A (zh) * 2022-05-05 2022-07-01 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114414493A (zh) * 2022-01-27 2022-04-29 河北卫讯电力自动化设备有限公司 一种增强型光声光谱多组分气体传感器装置
WO2023213067A1 (zh) * 2022-05-05 2023-11-09 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池
CN115586151A (zh) * 2022-09-28 2023-01-10 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 基于激光光声光谱技术的sf6分解产物在线监测装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023213067A1 (zh) 2023-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114689517A (zh) 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池
JP4454696B1 (ja) 光超音波マイクロフォン
JP3722827B2 (ja) 超音波センサ
US9489807B2 (en) Life safety device with compact circumferential acoustic resonator
CN108226050A (zh) 一种用于气体光声光谱检测的谐振式光声池
CN102954948B (zh) 光声光谱气体传感器
JP4422205B2 (ja) 超音波受波器
WO2016179693A1 (en) Photoacoustic detector
JP2009085868A (ja) 光超音波マイクロフォン
CN106131744B (zh) 一种超宽带水声换能器
CN207850906U (zh) 一种用于气体光声光谱检测的谐振式光声池
CN109655446B (zh) 提高气体拉曼强度的三角型谐振腔/积分球联合增强腔
CN114067778A (zh) 一种高折射率平板声聚焦透镜及聚能装置
CN217304882U (zh) 一种用于气体光声光谱检测的喇叭形光声池
JP4161004B2 (ja) 超音波受波器
CN217586869U (zh) 一种气体光声光谱检测用光声池
CN107991240A (zh) 一种基于石英音叉谐振原理的多功能光电探测器
WO2008082053A1 (en) Acoustic sensor with piezo-arrangement film
JP5132421B2 (ja) 車両用ホーン
CN114858714A (zh) 一种气体光声光谱检测用光声池
CN113109268A (zh) 光声光谱增强装置以及使用该装置进行气体检测的方法
CN215727648U (zh) 一种用于光声光谱检测的多次反射一体式光声池
Ghilardi et al. Finite element simulations of the acoustic black hole effect in duct terminations
CN217586890U (zh) 一种基于光声光谱的椭球形共振光声池
CN208860722U (zh) 一种用于光声光谱痕量气体检测的球形共振式光声池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination