CN116067890A - 一种光声光谱测声器及气体探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光声光谱测声器及气体探测装置，包括：第一亥姆霍兹谐振腔、石英音叉及第二亥姆霍兹谐振腔；两个亥姆霍兹谐振腔均由一个圆柱筒和一个细管同轴连接而成；当激光由第一亥姆霍兹腔的透光窗口入射，穿过石英音叉的振臂间隙后，从第二亥姆霍兹腔的窗口出射时，两个亥姆霍兹谐振腔将激光光束所激发的声波信号共振放大，使得石英音叉振臂附近的声压增强，并且抑制环境噪声以及窗口噪声，提高石英音叉对其振臂附近声波信号探测的信噪比。本发明中亥姆霍兹腔可以将声波共振放大，从而提高输出信号幅值。在测量过程中，亥姆霍兹腔可以抑制环境噪声以及窗口噪声，进一步提高信噪比，且提升了气体探测精度。

Description

一种光声光谱测声器及气体探测装置

技术领域

本发明属于气体传感领域，更具体地，涉及一种光声光谱测声器及气体探测装置。

背景技术

痕量气体是指浓度在百万分之一以下的气体。它的检测技术在工业控制、医学诊断、环境监测等领域有着广泛的需求。基于检测原理，气体传感器主要分为非光学类气体传感器和光学类气体传感器两大类。非光学类气体传感器的成本较高，而且结构复杂、响应慢且稳定性差。随着激光技术的发展，光学类气体传感器以其灵敏度高、选择性强、响应速度快等特点在近年来得到广泛研究。光学传感技术主要有直接吸收光谱、波长调制光谱、腔增强光谱和光声光谱等，其中间接检测光声信号的光声光谱技术由于其简单的结构而具有独特优势。

光声光谱是基于光声效应的探测技术，目标气体分子吸收特定波长的入射光后，由基态跃迁至激发态，随后驰豫通过无辐射跃迁回到基态，放出热量。气体内部局部的温度的变化会导致压强发生变化，进而产生压力波，即声波。如果对入射光进行调制，声波也会以对应的频率产生。使用悬臂梁、麦克风等声学传感器将声信号转换为电信号，就可以反演出待测气体的浓度。和其他光学类气体传感器相比，光声光谱的优点是光声效应的强弱不依赖于光学吸收路径的长度。因此基于光声光谱原理的探测仪器可以微型化和模块化。另外一个优点是光声光谱的探测部分是探测声波信号，而不探测光学信号，因此光声光谱仪器无需采用光电探测器。以上优点使光声光谱技术应用范围更加广泛，并降低了基于光声光谱技术的仪器的成本。

为了进一步增强光声光谱技术的信号，一般会在声学传感器周围安装声学谐振腔，使声波形成驻波共振以增强光声信号。一般将声学共振腔分为三类：轴向腔、径向腔和亥姆霍兹腔。

2002年美国莱斯大学的Anatoliy Kosterev博士以及Frank Tittel教授发明了石英增强光声光谱技术(QEPAS)。该技术基于光声光谱原理并以音叉式的石英晶振作为声学传感器。通过石英的压电效应将光声效应产生的声信号转化为电信号，商用的音叉式石英晶振的尺寸为3×8毫米，在标准大气压下具有32.7kHz的谐振频率、约4Hz的带宽、以及10000的高品质因数。这为石英增强光声光谱技术带来了体积小、成本低、对抗噪声性能好等优点。声学谐振腔同样也被应用于石英增强光声光谱技术来提高探测性能。由薄不锈钢管制成的微型声学谐振腔与石英晶振耦合共振，来增强石英增强光声光谱技术的信号强度。对于轴向腔，有共轴、离轴配置以及其他变种。径向腔的尺寸较大，在提高探测信号的同时，降低了准直对焦光路的难度。截至目前尚未有亥姆霍兹腔被应用于石英增强光声光谱技术。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光声光谱测声器及气体探测装置，旨在解决前尚未有亥姆霍兹腔被应用于石英增强光声光谱技术，导致石英增强光声光谱测量性能无法提升的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种光声光谱测声器，从左到右边依次包括：第一亥姆霍兹谐振腔、石英音叉及第二亥姆霍兹谐振腔；

所述第一亥姆霍兹谐振腔包括：共轴的第一圆柱筒和第一细管；所述第一圆柱筒的左端面为第一透光窗口，右端面为中心设有第一小孔的非透光窗口，第一小孔与第一细管的左端面连通；

所述第二亥姆霍兹谐振腔包括：共轴的第二圆柱筒和第二细管；所述第二圆柱筒的右端面为第二透光窗口，左端面为中心设有第二小孔的非透光窗口，第二小孔与第二细管的右端面连通；

所述第一细管的右端面和第二细管的左端面为开放窗口，分别置于石英音叉振臂间隙的两侧，且两个亥姆霍兹谐振腔共轴；

当激光由上述两个透光窗口的一个窗口入射，穿过石英音叉的振臂间隙后，从另一个窗口出射时，两个亥姆霍兹谐振腔将激光光束所激发的声波信号共振放大，使得石英音叉振臂附近的声压增强，并且抑制环境噪声以及窗口噪声，提高石英音叉对其振臂附近声波信号探测的信噪比。

在一个可能的实施例中，所述激光与两个亥姆霍兹谐振腔和共轴，其束腰直径小于300μm。

在一个可能的实施例中，两个亥姆霍兹谐振腔的尺寸相同；

所述亥姆霍兹谐振腔满足声波共振条件的参数需满足如下等式：

其中，R表示圆柱筒的半径，L表示圆柱筒的长度，r表示细管的半径，l表示细管的长度，k表示波数。

在一个可能的实施例中，R的取值范围为2mm-4mm，L的取值范围为3.1mm-5.1mm，r的取值范围为0.5mm-0.7mm，l的取值范围为3.4mm-5.4mm。

在一个可能的实施例中，所述两个细管中心轴相对石英音叉振臂顶端的位置范围为0mm-3mm。

在一个可能的实施例中，所述两个细管相对石英音叉振臂平面的水平距离范围为0mm-0.08mm。

第二方面，本发明提供了一种包含上述第一方面提供光声光谱测声器的气体探测装置，所述光声光谱测声器内石英音叉的振臂置于待测气体中，气体探测装置还包括：激光器、光纤准直透镜及信号解调装置；

所述激光器，用于发射激光；

所述光纤准直透镜，用于对激光整形，并将整形后的激光入射到光声光谱测声器；

所述光声光谱测声器，用于获取所述激光作用待测气体后对应的电信号；其中，所述电信号的产生过程为：首先所述激光激发待测气体产生声波信号，之后所述声波信号推动石英音叉振动形成对应的电信号；待测气体的浓度不同，对应的声波信号强度不同；

所述信号解调装置，用于对所述电信号解调，得到待测气体的浓度信息。

在一个可能的实施例中，所述信号解调装置包括：前置放大器和锁相放大器；

所述前置放大器，用于对光声光谱测声器输出的电信号进行跨阻抗放大，得到相应的光声信号；

所述锁相放大器，用于对前置放大器输出的光声信号解调，求解得到待测气体的浓度信息。

在一个可能的实施例中，所述激光器的发射中心波长对应待测气体的目标吸收线。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供了一种光声光谱测声器及气体探测装置，首次将亥姆霍兹腔应用于石英增强光声光谱气体探测技术，经过几何参数设计，使其具备32.7kHz的低频谐振频率，适合于光声光谱探测。亥姆霍兹腔从圆筒到细管有较大的截面积变化，带来了较高的声阻抗，使光谱测声器周围的环境噪声难以进入谐振腔。另外，激光穿过窗口时，由于窗口对激光的吸收，会产生与谐振腔调制频率相同的声波，称其为窗口噪声。通过调节圆筒的长度，可以使该声波在谐振腔内传播时由于反射而干涉相消，抑制窗口噪声，因此本发明中引入亥姆霍兹腔可以将声波共振放大，从而提高输出信号幅值。在测量过程中，亥姆霍兹腔的腔体相当于一个声学消音器，可以抑制环境噪声以及窗口噪声，进一步提高信噪比，使得升气体探测的精度提升。

附图说明

图1为本发明实施例提供的亥姆霍兹共振腔的剖视图。

图2为本发明的实施例提供的光声光谱测声器的立体图，其中窗口零件为透明未显示。

图3a为本发明实施例提供的光声光谱测声器仿真验证中的声压级与谐振腔圆柱筒的第一种半径与长度的关系。

图3b为本发明实施例提供的光声光谱测声器仿真验证中的声压级与谐振腔圆柱筒的第二种半径与长度的关系。

图3c为本发明实施例提供的光声光谱测声器仿真验证中的声压级与谐振腔圆柱筒的第三种半径与长度的关系。

图4为本发明实施例提供的光声光谱测声器仿真验证中的声压级与谐振腔细管长度L的关系图。

图5为本发明实施例提供的根据本发明的实施例中的气体探测装置的结构框图。

图6为本发明实施例提供的裸音叉、共轴和亥姆霍兹腔配置的共振曲线图。

图7为本发明实施例提供的裸音叉、共轴和亥姆霍兹腔配置的二次谐波信号图。

图8为本发明实施例提供的裸音叉、共轴和亥姆霍兹腔配置的噪声图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明涉及一种光声光谱测声器，包括：一对形状相同，同轴相对放置的亥姆霍兹腔，由一个入射窗口、圆筒和细管组成；在亥姆霍兹腔之间固定布置的石英音叉，使得腔的中轴线穿过音叉的振臂间隙。还涉及一种气体探测装置，包括上述的光声光谱测声器。本发明的亥姆霍兹谐振腔可以对声波进行共振放大，其共振频率与石英音叉相同，可以应用在石英增强光声光谱气体探测技术中，提高信号幅值，抑制噪声，最终提高信噪比。

本发明提供一种用于光声光谱探测的亥姆霍兹腔光声光谱测声器及其气体探测装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，将亥姆霍兹腔应用于光声光谱气体传感技术，增强探测信号并抑制噪声。

本发明的技术方案为一种光声光谱测声器，其包括：一对尺寸相同的微型亥姆霍兹谐振腔，所述谐振腔由一个圆柱筒和一根细管组成。圆柱筒的一端为透光的窗口，另一端与细管同轴连接。两个谐振腔的细管开口相对，保持同轴，中间放置一个石英音叉，且两个谐振腔的中心轴线垂直通过石英音叉两振臂中间的空隙。

可选地，假设圆柱筒50的半径为R，长度为L；细管51的半径为r，长度为l。R的取值范围为2mm-4mm，L的取值范围为3.1mm-5.1mm，r的取值范围为0.5mm-0.7mm，l的取值范围为3.4mm-5.4mm。

可选地，两个细管中心轴相对石英音叉振臂顶端的位置范围为0mm-3mm。

可选地，两个细管相对石英音叉振臂平面的水平距离范围为0mm-0.08mm。

进一步，所述透光窗口由对近红外光高透的玻璃薄片组成。

进一步，所述石英音叉为标准尺寸的强烈共振型石英音叉；所述共振腔的圆柱筒的内径为3.0mm，长度为4.1mm，细管的内径为0.6mm，长度为4.4mm。

进一步，所述谐振腔由不锈钢材料组成。

参照图1和图2，在一些实施例中，根据本发明的一种光声光谱测声器10包括：一对亥姆霍兹谐振腔，包括圆柱筒50、与圆柱筒连接的细管51、入射窗口53。在这些实施例中，限定圆柱筒50、细管51和激光(LA)具有相同的中心轴线(A1)。本发明采用的石英音叉52为标准尺寸的强烈共振型石英音叉(QTF)，谐振频率为32768Hz的音叉。其中，QTF振臂的宽度、厚度和间隙分别为600μm，330μm和300μm。

在进一步的实施例中，亥姆霍兹腔的圆柱筒50和细管51的优化尺寸可以通过以下方式计算得到。应理解，本发明中的优化设计的尺寸不是通过有限次实验而简单获得，而是需要创造性的劳动计算而得到，其理由和过程也是通过以下的计算方式和仿真来说明。

首先，在理论上，声学系统和电学系统可以进行类比：将声压类比为电压；声波类比为电流。假设圆柱筒50的半径为R，长度为L，截面积为A；细管51的半径为r，长度为l，截面积为S。细管可以类比为一个电导，其电导率为ρlS，ρ为空气密度。参照图1，单独对圆柱筒50分析，令筒内从左到右的声压方程为P₊＝αe^jkx，从左到右的声压方程为P_-＝βe^-jkx，其中k＝ω/c为波数，ω为圆频率，c为声速，α、β是声压的强度。x轴正方向为轴线(A1)从左到右方向。对应的声波方程为I₊＝P₊/(ρc/S)和I_-＝-P_-/(ρc/S)，由此可得到谐振腔内任意一点的声阻抗：

当x＝0，即谐振腔窗口位置，Z₀为无穷大，当x＝L时，有：

同时，圆柱筒50在x＝L处与细管51相连接，可以看作一段由空气柱形成的声阻抗，其值为：

令式(2)与式(3)相等，可得到满足声波共振条件的等式：

由式(4)可以得到亥姆霍兹腔所有共振模式的对应频率。当共振频率较高时，该等式会变得不准确，可以通过COMSOL软件进行有限元模拟仿真来辅助分析。其中，QTF振臂的宽度、厚度和间隙分别被设为600μm，330μm和300μm。亥姆霍兹腔的圆筒半径设置为3.0mm，长度设置为4.1mm，细管的内径为0.6mm，长度为4.4mm。腔的内壁和QTF的表面被设为硬声场边界，对声波全反射。激光光束被设置为一个声源。保持声源强度不变，通过调整亥姆霍兹腔的尺寸，模拟其对不同频率声波的响应，探测音叉振臂中间的声压级，可以比较不同尺寸对声波的放大效果，得到亥姆霍兹腔的最优尺寸。

首先，改变亥姆霍兹腔的圆筒的半径与长度，R分别取2.9mm、3.0mm、3.1mm，L分别取4.0mm、4.1mm、4.2mm，仿真的不同尺寸的腔的频率响应如图3a、图3b、图3c所示，可以看出在32.7kHz附近均有谐振频率，但当R＝3.1mm，L＝4.1mm时，声压级最大，说明该尺寸的亥姆霍兹腔对声波的放大效果最好。在最优的圆筒尺寸下，还仿真了细管长度l取4.1mm至4.7mm的情况，如图4所示，得到最优长度为4.4mm。综上所述，本发明中亥姆霍兹腔的最优尺寸为：圆筒半径3.0mm，长度4.1mm，细管内径为0.6mm，长度4.4mm。

图5为采用本发明实施例的气体探测装置结构图。该气体探测装置的具体连接结构如下，函数发生器2；与所述函数发生器2的调制信号输出端连接的加法器3；与所述加法器3的信号输出端连接的激光驱动器4；由所述激光驱动器4驱动的激光器5，所述激光器5至少用于发出中红外光；设置在所述激光器5的射出光路光纤准直透镜6；设置在所述透镜6出射光路的亥姆霍兹腔光谱测声器10；与所述石英晶振连接的前置放大器8；与所述前置放大器8的输出端连接的锁相放大器9，所述锁相放大器9与所述函数发生器2的同步信号输出端连接。具有数据采集卡的计算机设备1，所述数据采集卡分别与所述锁相放大器9的输出端及所述函数发生器2的输入端连接。

函数发生器2的一个调制频率为石英音叉共振频率的一半的正弦波送到激光器驱动4上，激光器驱动4可以控制激光器5的注入电流和温度。激光器5的发射中心波长对应待测气体的目标吸收线。激光器5发出的光经过透镜6进行光学整形后进入光谱测声器10。如图2所示，准直光束先进入第一个亥姆霍兹腔，穿过由BK9玻璃制成的入射窗口53，经过圆柱筒50，细管51，然后穿过石英音叉52的振臂间隙，再经过第二个亥姆霍兹腔出射。由激光器5发出的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输出到前置放大器8，然后送入到锁相放大器9进行解调。锁相放大器9解调的参考信号来自函数发生器2的同步端口。经过锁相放大器解调的信号送入带有数据采集卡的计算机设备1，以采集并记录数据。此外，还可以实时在线的将所测的待测气体浓度并显示在移动计算机上，具有高精度、便携性强、在线监测的功能。

因此，对恒量气体进行检测时，先选定与光源的中心波长接近的目标探测线。通过控制激光驱动器4的驱动电流，使激光器5的波长扫过目标吸收线。具体的是采用二次谐波探测技术，激光器5的电流被函数发生器1发生的f/2信号频率调制，其中f为所用音叉的谐振频率。待测气体被激光激发后，退激发产生的声波信号被QTF采集并将其转化为相应的电信号。电信号依次经过前置放大器8、锁相放大器9，然后通过数据采集卡进入计算机设备的系统。数据经过软件计算后，最终将气体浓度信息以人机交互式界面显示在屏幕上。对未知浓度的气体进行测量时，应事先通过已知浓度的标准气进行定标，标定后的装置就能对该种气体进行测量。

在一个实施例中，根据本发明的气体探测方法，包括以下步骤：A、触发激光器在谐振腔中产生光路，以石英音叉的固有频率调制激光器的工作电流，使激光器的输出光的波长扫过目标气体吸收线，然后调制激光器的工作电流，直至石英音叉的输出光声电信号达到预定幅值；B、在光声光谱测声器中的目标气体被激光激发时，采集石英音叉输出的电信号，经过前置放大器和锁相放大器的信号处理并储存为光声信号计数值；C、根据预先标定的光声信号计数值与目标气体浓度的线性关系，计算当前的光声信号计数值所对应的目标气体浓度值。

在更具体的实施例中，基于本发明的测声器的气体探测装置的工作方式如下。

首先采用1.39μm的近红外光纤耦合分布式反馈半导体激光器5用作为激励源。然后使用高精度的半导体激光器驱动板4用来控制半导体激光器5的温度和注入电流。二次谐波波长调制技术被用来提高QEPAS的探测灵敏度。用信号发生器产生周期为400s的三角波和频率为f₀/2的正弦波(f₀为光谱测声器的谐振频率)。二次谐波波长调制技术被用来减小由于杂散光的背景噪声和其他气体吸收线串扰的影响。激光光束通过一个自聚焦透镜来聚焦通过QTF两臂间隙。自聚焦透镜的焦距为11mm，激光的束腰直径大约为100μm。QTF输出的电信号被一个10MΩ的定制跨阻抗前置放大器8进行放大。锁相放大器9被用来解调二次谐波信号。通过计算机设备上的LabView程序对气体探测装置整体系统进行控制和计算气体的浓度。

在一个验证实例中，一个裸音叉和本发明的亥姆霍兹腔耦合前后的谐振特性被比较。在上述最优尺寸下，亥姆霍兹腔耦合音叉和裸音叉的共振曲线如图6所示。曲线的高度表示音叉的共振强度，体现出音叉内部储存的能量。石英音叉的谐振频率在耦合作用下稍有偏移，从32772.8Hz变为32774.3Hz但仍能耦合。而品质因数Q从12527下降到5248。Q值的下降说明音叉与亥姆霍兹腔耦合良好，能量在音叉和谐振腔之间传递。

在一个验证实例中，一个裸音叉和本发明的亥姆霍兹腔耦合前后的探测性能被比较。为测量空气中的水分子的浓度，激光器的温度被设置在18.6℃，注入电流从38mA变化到47mA，对应的发射波长为从7194.4cm^-1到7195.2cm^-1。根据Hitran数据库，位于7194.8cm^-1，吸收线强为3.07×10^-21cm/mol的水分子吸收线被选定。

如图7所示，裸音叉的二次谐波信号的峰值为0.24mV，亥姆霍兹腔配置的二次谐波信号的峰值为3.32mV。此外，调节激光器的电流使激光波长远离水分子吸收线，持续一段时间，此时信号幅值的抖动即为系统的噪声。

如图8所示，计算得到裸音叉与亥姆霍兹腔配置的1σ噪声分别为2.47μV和1.75μV。最终得出亥姆霍兹腔配置的信噪比相比于裸音叉提高了20倍。亥姆霍兹腔对噪声的抑制原理主要有两方面。首先，从圆筒到细管有较大的截面积变化，带来了较高的声阻抗，使光谱测声器周围的环境噪声难以进入谐振腔。另外，激光穿过窗口时，由于窗口对激光的吸收，会产生与谐振腔调制频率相同的声波，称其为窗口噪声。通过调节圆筒的长度，可以使该声波在谐振腔内传播时由于反射而干涉相消，抑制窗口噪声。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光声光谱测声器，其特征在于，从左到右边依次包括：第一亥姆霍兹谐振腔、石英音叉及第二亥姆霍兹谐振腔；

所述第一亥姆霍兹谐振腔包括：共轴的第一圆柱筒和第一细管；所述第一圆柱筒的左端面为第一透光窗口，右端面为中心设有第一小孔的非透光窗口，第一小孔与第一细管的左端面连通；

所述第二亥姆霍兹谐振腔包括：共轴的第二圆柱筒和第二细管；所述第二圆柱筒的右端面为第二透光窗口，左端面为中心设有第二小孔的非透光窗口，第二小孔与第二细管的右端面连通；

所述第一细管的右端面和第二细管的左端面为开放窗口，分别置于石英音叉振臂间隙的两侧，且两个亥姆霍兹谐振腔共轴；

当激光由上述两个透光窗口的一个窗口入射，穿过石英音叉的振臂间隙后，从另一个窗口出射时，两个亥姆霍兹谐振腔将激光光束所激发的声波信号共振放大，使得石英音叉振臂附近的声压增强，并且抑制环境噪声以及窗口噪声，提高石英音叉对其振臂附近声波信号探测的信噪比。

2.根据权利要求1所述的测声器，其特征在于，所述激光与两个亥姆霍兹谐振腔和共轴，其束腰直径小于300μm。

3.根据权利要求1所述的测声器，其特征在于，两个亥姆霍兹谐振腔的尺寸相同；

所述亥姆霍兹谐振腔满足声波共振条件的参数需满足如下等式：

其中，R表示圆柱筒的半径，L表示圆柱筒的长度，r表示细管的半径，l表示细管的长度，k表示波数。

4.根据权利要求3所述的测声器，其特征在于，R的取值范围为2mm-4mm，L的取值范围为3.1mm-5.1mm，r的取值范围为0.5mm-0.7mm，l的取值范围为3.4mm-5.4mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的测声器，其特征在于，所述两个细管中心轴相对石英音叉振臂顶端的位置范围为0mm-3mm。

6.根据权利要求1至4任一项所述的测声器，其特征在于，所述两个细管相对石英音叉振臂平面的水平距离范围为0mm-0.08mm。

7.一种包含权利要求1至6任一项所述光声光谱测声器的气体探测装置，所述光声光谱测声器内石英音叉的振臂置于待测气体中，其特征在于，还包括：激光器、光纤准直透镜及信号解调装置；

所述激光器，用于发射激光；

所述光纤准直透镜，用于对激光整形，并将整形后的激光入射到光声光谱测声器；

所述光声光谱测声器，用于获取所述激光作用待测气体后对应的电信号；其中，所述电信号的产生过程为：首先所述激光激发待测气体产生声波信号，之后所述声波信号推动石英音叉振动形成对应的电信号；待测气体的浓度不同，对应的声波信号强度不同；

所述信号解调装置，用于对所述电信号解调，得到待测气体的浓度信息。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号解调装置包括：前置放大器和锁相放大器；

所述前置放大器，用于对光声光谱测声器输出的电信号进行跨阻抗放大，得到相应的光声信号；

所述锁相放大器，用于对前置放大器输出的光声信号解调，求解得到待测气体的浓度信息。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述激光器的发射中心波长对应待测气体的目标吸收线。

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