CN116297218A - 一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，包括：箱体、控制模块、光源激励模块、声学探测模块、QEPAS气室和锁相放大模块。通过光源激励模块发出调制红外光至QEPAS气室中，在QEPAS气室中，通过调制的红外光，将水蒸气作为泵浦气，产生光声效应，在光声效应的作用下，声学探测模块对待测气体实时探测，得到探测信号，通过锁相放大模块和控制模块对探测信号处理，计算得到当前待测气体的氢气浓度。本发明通过以箱体为载体，便于用户携带和安装。在光声效应的作用下，通过QEPAS气室和声学探测模块对待测气体探测，能对外界氢气浓度的改变做出准确快速反应，提高了探测氢气浓度的响应速度，更好地保障人员地安全。

Description

一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，特别涉及一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置。

背景技术

如今，氢气的利用变得越来越普遍，但是在氢气生产、使用、储存的过程中非常容易产生爆燃爆炸的现象。

在现有技术中，便携式氢气检测仪器基本为电化学法测量氢气，但检测量程范围受到很大限制，线性度并不是很好，寿命时间较短；声表面波技术定性和选择性不高；光纤氢气传感器都不同程度地存在某些缺点，如由于敏感膜结构原因不能产生线性的氢敏浓度响应，灵敏度不够高、检测仪器成本较高等导致无法实用化。

因此，上述氢气检测设备均较难在节省成本的基础上，实现灵敏且精确地实时检测氢气，并满足用户的安全性能需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：提供一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，包括：箱体、控制模块、光源激励模块、声学探测模块、QEPAS气室和锁相放大模块；

所述控制模块、光源激励模块、QEPAS气室和锁相放大模块均设置于箱体的内部，所述声学探测模块设置于QEPAS气室中，所述控制模块分别与光源激励模块和锁相放大模块连接，所述声学探测模块与锁相放大模块连接，所述箱体的两侧的底部设有通风口，待测气体通过通风口进入箱体的内部，以实现进入所述QEPAS气室中；

所述控制模块输出调制信号至光源激励模块，所述光源激励模块用于根据所述调制信号，发出调制红外光，并将所述调制红外光水平射入所述QEPAS气室；

在所述QEPAS气室中，利用所述调制红外光，将所述待测气体中的水蒸气作为泵浦气，产生光声效应，所述声学探测模块用于根据所述光声效应，对待测气体进行检测，输出检测信号；

所述锁相放大模块用于放大所述检测信号，并传输至控制模块，所述控制模块根据放大后的所述检测信号，计算出待测气体中的氢气浓度。

进一步，所述QEPAS气室包括：壳体、第一透光镜、第二透光镜和H型谐振腔；

所述壳体的内部设有气室，所述壳体的一侧设有通气管道，所述通气管道与气室连通，所述待测气体经过通气管道进入所述气室；

所述光源激励模块设置于气室的一端，所述气室的中部设有固定件，所述H型谐振腔安装于所述固定件上，所述第一透光镜设置于所述H型谐振腔的两侧，所述第二透光镜设置于所述气室的另一端。

进一步，所述H型谐振腔包括：第一缓冲腔、第二缓冲腔和狭缝细管；

所述狭缝细管的两侧的中央设有检测口，所述第一缓冲腔的一侧与第一透光镜连接，所述第一缓冲腔的另一侧与所述狭缝细管的一端连通，所述第二缓冲腔的一侧与所述狭缝细管的另一端连通，所述第二缓冲腔的另一侧与第一透光镜连接；

所述调制红外光穿过第一透光镜水平射入第一缓冲腔，穿过狭缝细管，并从第二缓冲腔穿过第一透光镜水平射出至第二透光镜。

进一步，所述声学探测模块包括：石英音叉和跨阻放大器；

所述石英音叉与跨阻放大器连接，所述石英音叉上设有压电晶体，所述跨阻放大器设置于壳体的顶部，所述壳体的顶部设有检测管道，所述石英音叉的叉臂穿过所述检测管道插入所述气室；

所述狭缝细管穿过石英音叉的叉臂间隙，所述石英音叉的叉臂垂直于狭缝细管，使得所述石英音叉的叉臂尖端面向检测口；

所述调制红外光穿过狭缝细管，根据所述光声效应，所述石英音叉产生震荡衰减信号，所述压电晶体将震荡衰减信号转化为电流信号，所述跨阻放大器根据电流信号，输出所述检测信号。

进一步，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：温湿度补偿器；

所述温湿度补偿器与光源激励模块连接，所述温湿度补偿器用于获取当前温湿度信息，根据所述温湿度信息进行处理，输出补偿信号至光源激励模块。

进一步，所述光源激励模块包括：DFB激光器和激光驱动单元；

所述激光驱动单元的输入端与控制模块连接，所述DFB激光器与激光驱动单元的输出端连接，所述激光驱动单元根据所述调制信号和补偿信号，输出驱动信号至DFB激光器，所述DFB激光器根据所述驱动信号，发出调制红外光。

进一步，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：警示灯和蜂鸣器；

所述警示灯和蜂鸣器均与控制模块连接，所述警示灯设置于箱体的顶部，当所述氢气浓度高于所设浓度阈值时，所述控制模块控制警示灯和蜂鸣器均响应，发出预警信号。

进一步，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：握把和固定构件；

所述握把设置于箱体的顶部，所述固定构件设置于箱体的一侧，所述固定构件用于固定箱体的安装位置。

进一步，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：人机交互模块；

所述人机交互模块与控制模块连接，所述人机交互模块用于获取用户指令和显示氢气浓度，根据所述用户指令，控制模块控制警示灯和蜂鸣器均停止响应。

进一步，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：排气扇；

所述排气扇设置于所述箱体的两侧的顶部，所述排气扇与控制模块连接。

本发明的有益效果是：通过光源激励模块发出调制红外光至QEPAS气室中，在QEPAS气室中，通过调制的红外光，将水蒸气作为泵浦气，产生光声效应，在光声效应的作用下，声学探测模块对待测气体进行实时探测，得到探测信号，通过锁相放大模块和控制模块对探测信号进行处理，计算得到当前待测气体的氢气浓度。本发明通过以箱体为载体，减少了复杂的机械结构，便于用户携带和安装。调制红外光产生光声效应技术方案能耗低、量程大以及稳定性强，能够减少维护成本。在光声效应的作用下，通过QEPAS气室和声学探测模块对待测气体进行探测，能够对外界氢气浓度的改变做出准确快速反应，提高了探测氢气浓度的响应速度，更好地保障人员地安全。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的QEPAS气室结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的声学探测模块和H型谐振腔结构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的H型谐振腔剖视结构示意图。

附图标记：箱体100，通风口110，警示灯120，握把130，固定构件140，隔板160，电池170；

QEPAS气室200，壳体210，通气管道211，气室212，固定孔213，固定件214，检测管道215，第一透光镜220，H型谐振腔230，第一缓冲腔231,第二缓冲腔232，狭缝细管233，检测口234，第二透光镜240；

光源激励模块300，控制模块400，锁相放大模块500，石英音叉600，跨阻放大器610。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以不同于系统中的模块划分或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义的理解，所属技术领域的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的具体含义。

QEPAS技术又名石英增强光声光谱技术，其原理是利用石英音叉高Q值的特性来增强光声光谱技术的信噪比，能够有效的提升了光声光谱的抗干扰能力，但是却降低了声音信号强度。

光声效应是指当物质受到周期性强度调制的光照射时，产生机械波的现象。用光照射某种媒质时，由于媒质对光的吸收会使其内部的温湿度改变从而引起媒质内某些区域结构和体积变化；当采用脉冲光源或调制光源时，媒质温湿度的升降会引起媒质的体积涨缩，因而可以向外辐射机械波。

参照图1，在本发明的一些实施例中，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置包括：箱体100、QEPAS气室200、控制模块400、光源激励模块300、声学探测模块以及锁相放大模块500。

QEPAS气室200设置于箱体100的内部，声学探测模块设置于QEPAS气室200中，控制模块400、光源激励模块300以及锁相放大模块500均设置于箱体100的内部。

光源激励模块300的输入端与控制模块400连接，光源激励模块300的输出端设置于QEPAS气室200中，声学探测模块的输出端与锁相放大模块500的输入端连接，锁相放大模块500的输出端与控制模块400连接。

箱体100的两侧设有通风口110，通过通风口110，待测气体能够流入箱体100的内部，从而流入QEPAS气室200的内部。

控制模块400给光源激励模块300提供调制信号，根据调制信号，光源激励模块300发射调制红外光，将调制红外光水平射入至QEPAS气室200的内部。

在QEPAS气室200的内部，发射的调制红外光通过声学探测模块，把待测气体中的水蒸气作为泵浦气，产生光声效应。在光声效应的作用下，声学探测模块对待测气体进行探测，输出探测信号至锁相放大模块500。其中，泵浦气是指吸收激光能量产生声波或者声压的气体。

锁相放大模块500提取QEPAS气室200中声学探测模块发出的微弱的检测信号，并进行放大转换，输出至控制模块400，以实现提高检测信号的信噪比；根据通过放大转换处理后的探测信号，控制模块400计算得到待测气体中氢气浓度大小，完成对待测气体的实时探测。

通过光源激励模块300发出调制红外光至QEPAS气室200中，在QEPAS气室200中，通过调制的红外光，将水蒸气作为泵浦气，产生光声效应，在光声效应的作用下，声学探测模块对待测气体进行实时探测，得到探测信号，通过锁相放大模块500和控制模块400对探测信号进行处理，计算得到当前待测气体的氢气浓度。

本发明通过以箱体100为载体，减少了复杂的机械结构，减小产品的体积，便于用户携带和安装。调制红外光产生光声效应技术方案能耗低、无毒害、精度高、量程大以及稳定性强，能够减少维护成本、安全性能高，不会产生任何明火和高温现象。

在光声效应的作用下，通过QEPAS气室200和声学探测模块对待测气体进行探测，能够对外界氢气浓度的改变做出准确快速反应，提高了探测氢气浓度的响应速度，更好地保障人员地安全。

与现有技术中采用电化学法测量氢气相比，本发明通过光声效应测量氢气，其量程、线型度和使用寿命等性能比电化学法测量氢气要好。相比于光纤传感器，本发明的便携式氢气传感装置成本更低，实用性更高。

参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，QEPAS气室200包括：壳体210、第一透光镜220、H型谐振腔230以及第二透光镜240。

壳体210的内部设有气室212，壳体210的一侧设有通气管道211，其中，通气管道211设有两个。通气管道211与气室212相连通，从通风口110流入箱体100的待测气体，能够从通气管道211流入气室212。其中，壳体210由通气壳体和安装壳体组成，通气壳体和安装壳体上均设有固定孔213，内部均设有对应凹槽，通过固定孔213将通气壳体和安装壳体连接组成壳体，从而通过内部的对应凹槽形成气室212，以供光声效应反应。

光源激励模块300的激光发射端设置于气室212的一端，在气室212内，光源激励模块300水平发射调制红外光，穿过声学探测模块，贯穿整个气室212。气室212的中部设有固定件214，固定件214用于固定H型谐振腔230，以实现调制红外光能够穿过H型谐振腔230，在H型谐振腔230产生光声效应。

第一透光镜220设置于H型谐振腔230的两侧，也就是说，H型谐振腔230的一侧设有第一透光镜220，H型谐振腔230的另一侧也设有第一透光镜220。第一透光镜220使得调制红外线透过率高，让调制红外线汇聚于H型谐振腔230中，并使得H型谐振腔230半密封。通过第一透光镜220和H型谐振腔230形成了半密闭声增强气腔，能够有效增强调制红外光穿过待测气体，吸收气体时产生的声压。

第二透光镜240设置于气室212的另一端，能够将贯穿整个气室212的调制红外光汇聚，使得调制红外光射出气室212，以防散射的调制红外光对H型谐振腔230发生的光声效应造成影响。其中，第一透光镜220和第二透光镜240的镜面均与水平射入的调制红外光垂直。

可以理解为，对于QEPAS气室200的内部结构来说，调制红外光依次穿过第一透光镜220、H型谐振腔230、第一透光镜220和第二透光镜240。

通过设置壳体210的气室212、通气管道211、第一透光镜220、第二透光镜240以及H型谐振腔230，从而构建一个密封性能高，不容易受环境影响的共振气室。与现有技术中采用非共振气室作为光声效应的发生场所相比，非共振气室可能会由于气室密闭性不好和调制参数选择不合适等问题，导致所采集的信号稳定性较差。

参照图1至图4，在本发明的一些实施例中，H型谐振腔230包括：第一缓冲腔231、第二缓冲腔232以及狭缝细管233。

通过第一缓冲腔231与狭缝细管233的一端连接，狭缝细管233的另一端与第二缓冲腔232连接，以实现组成H型谐振腔230。狭缝细管233为毛细管。

狭缝细管233的两侧中央设有检测口234，一个第一透光镜220与第一缓冲腔231的一侧连接，一个第一缓冲腔231的另一侧与狭缝细管233的一端连接，狭缝细管233的另一端与第二缓冲腔232的一侧连接，第二缓冲腔232的另一侧与另一个第一透光镜220连接。形成了半密闭声增强气腔，能够有效增强调制红外光穿过待测气体，吸收气体时产生的声压。

可以理解为，在气室212中，调制红外光通过一个第一透光镜220水平射入第一缓冲腔231，从第一缓冲腔231进入狭缝细管233，从狭缝细管233穿出，进入第二缓冲腔232，再从第二缓冲腔232射出，经过另一个第一透光镜220水平射出至第二透光镜240，最终射出气室212。

在本实施例中，在第一缓冲腔231的一侧和第二缓冲腔232的另一侧均设置第一透光镜220，增强调制红外光，使得调制红外光穿过待测气体，吸收气体时，产生的声压能够汇聚于狭缝细管233中。也就是说，通过依次水平设置第一透光镜220、第一缓冲腔231、狭缝细管233、第二缓冲腔232以及第一透光镜220，从而形成了半密闭声增强谐振气腔，能有效增强调制红外光穿过待测气体，吸收气体时产生的声压，并汇聚于狭缝细管233中。

在本实施例中，在狭缝细管233的两侧分别设置了第一缓冲腔231和第二缓冲腔232，以实现提高声学信号的信噪比，进一步提高QEPAS技术的检测精度，其中，第一缓冲腔231和第二缓冲腔232的构建可以通过3D打印技术实现。由于现有技术中的谐振细管的内径极小，存在极高的加工精度要求，因此，过去将该方法应用在QEPAS技术上比较困难，但如今可以通过3D打印技术构建第一缓冲腔231和第二缓冲腔232。

参照图1至图4，在本发明的一些实施例中，声学探测模块包括：石英音叉600以及跨阻放大器610。

石英音叉600的表面上设有压电晶体，石英音叉600的尾端与跨阻放大器610连接，固定于跨阻放大器610上，跨阻放大器610安装于壳体210的顶部，壳体210的顶部开设有检测管道215，通过检测管道215，石英音叉600的叉臂插入壳体210内部的气室212，以实现在半密封的QEPAS气室200中，检测光声效应产生的声压。

狭缝细管233穿过石英音叉600的叉臂间隙，与石英音叉600的叉臂相互垂直，使得石英音叉600的叉臂的尖端能够与狭缝细管233的检测口234处于同一水平位置，叉臂的尖端的臂面能够面向检测口234；也就是说，调制红外光在狭缝细管233中，通过水蒸气作为泵浦气产生光声效应，通过光声效应从而产生的声压，石英音叉600的叉臂能够通过检测口234感应到声压，并产生频移现象。

在本实施例中，对待测气体进行检测的方法为：利用BF-QEPAS(拍频-石英增强光声光谱技术)与声速法相结合，以实现对待测气体进行检测，输出检测信号，从而间接得到氢气浓度；声速法测氢气是根据氢气和空气4倍的声速差异来检测氢气。

BF-QEPAS(拍频-石英增强光声光谱技术)与声速法结合求氢气浓度具体实现方法为：利用调制红外光，通过水蒸气作为泵浦气产生光声效应，激励石英音叉600振动，石英音叉600由于氢气所导致的频移现象，在很短的时间内产生震荡衰减信号；通过压电晶体，将震荡衰减信号转换为微弱的电流信号，并输出至跨阻放大器610，跨阻放大器610将电流信号进行放大转换处理，转换为检测信号，输出至锁相放大模块500进行第二次放大处理，根据第二次放大处理后的检测信号，控制模块400计算得到氢气浓度。

其中，检测信号为电压信号，检测信号包含：震荡衰减信号的幅值和震荡衰减信号中相邻波峰波谷的时间间隔。也就是说，控制模块400能够通过震荡衰减信号的幅值和震荡衰减信号中相邻波峰波谷的时间间隔，计算出此时石英音叉600的共振频率和此时泵浦气浓度，从而快速检测出氢气浓度。

在本实施例中，采用的拍频石英音叉600增强技术进行氢气检测，能够实现10ms的响应速度，该响应速度在现有技术检测氢气的传感器中，是较为少见的，表示其能够对外界氢气浓度的改变做出准确快速反应，从而提高了探测氢气浓度的响应速度，更好地保障人员地安全。

参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：温湿度补偿器。

温湿度补偿器的输出端与光源激励模块300的输入端连接，温湿度补偿器用于获取在待测气体的环境下，当前的温湿度信息，根据当前的温湿度信息，输出补偿信号至光源激励模块300，其中，补偿信号包括：温度补偿信号和湿度补偿信号。

由于BF-QEPAS的快速检测出共振频率(10ms)的特性，使得BF-QEPAS与声速法结合测氢气浓度得以应用在实际工作中。不过环境的温度和湿度会影响石英音叉600的频移，所以本装置实际应用时，还需要加上温度补偿信号和湿度补偿信号。

参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，光源激励模块300包括：DFB激光器以及激光驱动单元。

激光驱动单元的输入端与控制模块400电气连接，激光驱动单元的输出端与DFB激光器的输入端电气连接，DFB激光器的激光发射端固定安装于气室212的一端。

控制模块400将调制信号发送至激光驱动单元，温湿度补偿器将补偿信号发送至激光驱动单元，根据调制信号和补偿信号，激光驱动单元发送驱动信号至DFB激光器，根据驱动信号，DFB激光器的激光发射端水平发射出对应的调制红外光至气室212中。以实现根据待测气体的变化趋势，有针对性地调制发出的红外光，提高检测氢气浓度的精度。

在本实施例中，光源激励模块300还包括激光保护单元，当DFB激光器出现短路的情况，能保护后端电路单元。

DFB(Distributed Feedback Laser)激光器，即分布式反馈激光器，属于侧面发射的半导体激光器。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性(即光谱纯度)，它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比(SMSR)。在本实施例中，DFB激光器为能够发射出调制红外激光的激光器，对于要求高精度的检测的氢气检测装置来说，DFB激光器与其他激光器相比，其光谱纯度更适用于本发明中，利用该线宽和边模抑制比，提高本发明中的测量氢气浓度的量程和线性度，且红外光声光谱技术能耗低、无毒害、精度高、量程大、长期稳定性更加优秀，寿命长久且不需要经常维护减少了后期维护成本。而且红外光声光谱技术检测十分安全，不会产生任何明火和高温现象。

参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：警示灯120以及蜂鸣器。

控制模块400的输出端与警示灯120电气连接，控制模块400的输出端与蜂鸣器电气连接，箱体100的顶部安装警示灯120。其中，蜂鸣器在箱体100的安装位置不作任何限制。

当所设浓度阈值低于控制模块400计算得到的氢气浓度时，控制模块400发送第一控制信号至警示灯120，控制警示灯120响应，发出光闪烁预警；控制模块400发送第二控制信号至蜂鸣器，控制蜂鸣器响应，发出声预警，以实现在氢气浓度过高导致危险时，警报灯闪烁并配合蜂鸣器及时发出预警信号。

参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：人机交互模块。

人机交互模块与控制模块400电气连接，人机交互模块设置于箱体100上。控制模块400将得到的氢气浓度发送至人机交互模块中，人机交互模块将氢气浓度显示出来；

人机交互模块获取用户指令，响应用户指令，向控制模块400发送停止信号，控制模块400根据停止信号，控制警示灯120停止响应，以及控制蜂鸣器停止响应，以实现取消预警信号。

在本实施例中，人机交互模块可以为液晶显示屏。其中，控制模块400还配置有高速的DA/AD单元和无线通信单元，通过高速的DA/AD单元以实现高速的数据采集和数据转换；通过无线通信单元和人机交互模块可以联网、组网，用户可以远距离监测氢气浓度地变化趋势和预警异常情况，可以帮助用户在事故发生前排除安全隐患。

参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：握把130和固定构件140。

在箱体100的顶部设置有握把130，用户能够通过握把130将箱体100提起，以实现氢气传感装置随身携带，提高便利性。

箱体100的一侧设置有固定构件140，固定构件140用于固定箱体100的安装位置，也就是说，用户可以通过固定构件140将箱体100固定在墙上或者架子上。

参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：排气扇150。

排气扇150设置于箱体100的两侧，排气扇150位于通风口110的上方，排气扇150与控制模块400连接。控制模块400能够控制排气扇150运行，排气扇150能够将箱体100内的待测气体排出，以实现箱体100内待测气体的流通，掌握待测气体的氢气浓度变化趋势。也就是说，待测气体能够从通风口110流入箱体100的内部，再从排气扇150流出箱体100的外部。

需要说明的是，参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置还包括：隔板160和电池170。

隔板160水平设置于箱体100的内部，电池170设置于隔板160的下方，安装于箱体100内的底部，通风口110的高度与隔板160至箱体100的底部高度相同，以实现对电池170进行散热。排气扇150、控制模块400、光源激励模块300、温度补偿器、声学探测模块、QEPAS气室200以及锁相放大模块500均设置于隔板160的上方，通过水平设置隔板160，以实现光源激励模块300能够水平发射出调制红外光。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，包括:箱体、控制模块、光源激励模块、声学探测模块、QEPAS气室和锁相放大模块；

所述控制模块、光源激励模块、QEPAS气室和锁相放大模块均设置于箱体的内部，所述声学探测模块设置于QEPAS气室中，所述控制模块分别与光源激励模块和锁相放大模块连接，所述声学探测模块与锁相放大模块连接，所述箱体的两侧的底部设有通风口，待测气体通过通风口进入箱体的内部，以实现进入所述QEPAS气室中；

所述控制模块输出调制信号至光源激励模块，所述光源激励模块用于根据所述调制信号，发出调制红外光，并将所述调制红外光水平射入所述QEPAS气室；

在所述QEPAS气室中，利用所述调制红外光，将所述待测气体中的水蒸气作为泵浦气，产生光声效应，所述声学探测模块用于根据所述光声效应，对待测气体进行检测，输出检测信号；

所述锁相放大模块用于放大所述检测信号，并传输至控制模块，所述控制模块根据放大后的所述检测信号，计算出待测气体中的氢气浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，所述QEPAS气室包括：壳体、第一透光镜、第二透光镜和H型谐振腔；

所述壳体的内部设有气室，所述壳体的一侧设有通气管道，所述通气管道与气室连通，所述待测气体经过通气管道进入所述气室；

所述光源激励模块设置于气室的一端，所述气室的中部设有固定件，所述H型谐振腔安装于所述固定件上，所述第一透光镜设置于所述H型谐振腔的两侧，所述第二透光镜设置于所述气室的另一端。

3.据权利要求2所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，所述H型谐振腔包括：第一缓冲腔、第二缓冲腔和狭缝细管；

所述狭缝细管的两侧的中央设有检测口，所述第一缓冲腔的一侧与第一透光镜连接，所述第一缓冲腔的另一侧与所述狭缝细管的一端连通，所述第二缓冲腔的一侧与所述狭缝细管的另一端连通，所述第二缓冲腔的另一侧与第一透光镜连接；

所述调制红外光穿过第一透光镜水平射入第一缓冲腔，穿过狭缝细管，并从第二缓冲腔穿过第一透光镜水平射出至第二透光镜。

4.据权利要求3所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，所述声学探测模块包括：石英音叉和跨阻放大器；

所述石英音叉与跨阻放大器连接，所述石英音叉上设有压电晶体，所述跨阻放大器设置于壳体的顶部，所述壳体的顶部设有检测管道，所述石英音叉的叉臂穿过所述检测管道插入所述气室；

所述狭缝细管穿过石英音叉的叉臂间隙，所述石英音叉的叉臂垂直于狭缝细管，使得所述石英音叉的叉臂尖端面向检测口；

所述调制红外光穿过狭缝细管，根据所述光声效应，所述石英音叉产生震荡衰减信号，所述压电晶体将震荡衰减信号转化为电流信号，所述跨阻放大器根据电流信号，输出所述检测信号。

5.据权利要求1所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，还包括：温湿度补偿器；

所述温湿度补偿器与光源激励模块连接，所述温湿度补偿器用于获取当前温湿度信息，根据所述温湿度信息进行处理，输出补偿信号至光源激励模块。

6.据权利要求5所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，所述光源激励模块包括：DFB激光器和激光驱动单元；

所述激光驱动单元的输入端与控制模块连接，所述DFB激光器与激光驱动单元的输出端连接，所述激光驱动单元根据所述调制信号和补偿信号，输出驱动信号至DFB激光器，所述DFB激光器根据所述驱动信号，发出调制红外光。

7.据权利要求1所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，还包括：警示灯和蜂鸣器；

所述警示灯和蜂鸣器均与控制模块连接，所述警示灯设置于箱体的顶部，当所述氢气浓度高于所设浓度阈值时，所述控制模块控制警示灯和蜂鸣器均响应，发出预警信号。

8.据权利要求1所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，还包括：握把和固定构件；

所述握把设置于箱体的顶部，所述固定构件设置于箱体的一侧，所述固定构件用于固定箱体的安装位置。

9.据权利要求7所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，还包括：人机交互模块；

所述人机交互模块与控制模块连接，所述人机交互模块用于获取用户指令和显示氢气浓度，根据所述用户指令，控制模块控制警示灯和蜂鸣器均停止响应。

10.据权利要求1所述的一种基于石英增强技术的便携式氢气传感装置，其特征在于，还包括：排气扇；

所述排气扇设置于所述箱体的两侧的顶部，所述排气扇与控制模块连接。

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