CN117007531B - 基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置及方法。所述装置包括光源模块、信号收发模块和信号处理模块，其中：所述光源模块，用于产生射线束，并将所述射线束发射至所述信号收发模块；所述信号收发模块与所述信号处理模块连接，包括米氏共振收发对的发射单元、米氏共振收发对的接收单元和声学传感器；所述信号处理模块，用于接收所述声学传感器输出的电压信号，并根据电压信号确定待检测气体的气体浓度。采用上述气体浓度检测装置进行气体组分检测，能够提高气体组分检测精度。
Description
技术领域
本申请涉及气体检测技术领域，特别是涉及一种基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置及方法。
背景技术
光声光谱技术是一种高灵敏度的痕量气体检测方法，其基本检测原理为：当激光照射到样品上时，样品会吸收部分激光能量，产生热膨胀效应并释放出声波。由于不同的物质的光吸收能力不同，其在不同频率激光激励下产生的光声信号也不同。因此，通过检测光声信号强度，即可以确定样品吸收的激光能量，进而反演样品中成分的浓度。近年来，光声光谱技术被广泛应用于环境监测、医学检测、石化分析等领域，如大气环境监测、空间站空气监测、人体呼出气体检测、石油天然气分析等。
传统光声光谱技术通常采用声学谐振腔对光声信号进行局域放大，并通过声学传感器（如麦克风、石英音叉等）对放大后的声信号进行测量。测量过程中，待检测气体需与声学谐振腔和声学传感器直接接触，这使得光声光谱无法应用于高温、高腐蚀性气体环境中。同时，高湿度、高压、含尘等环境也将影响声学传感器的检测灵敏度，如冷凝液滴或尘粒附着于石英晶体或麦克风振膜上将显著影响其振动，影响其检测精度。
因此，现有技术中的光声光谱检测装置，由于易受环境影响而存在检测精度低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高检测精度的基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置和基于米氏共振收发对的气体浓度检测方法。
第一方面，本申请提供了一种气体浓度检测装置，所述装置包括光源模块、信号收发模块和信号处理模块，其中：
所述光源模块，用于产生射线束，并将所述射线束发射至所述信号收发模块；所述射线束的波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长，所述射线束的频率与所述信号收发模块的共振频率相同；
所述信号收发模块与所述信号处理模块连接，包括米氏共振收发对的发射单元、米氏共振收发对的接收单元和声学传感器；所述发射单元与所述接收单元之间设置有隔离层；所述声学传感器设置于所述接收单元内；所述射线束穿过所述发射单元，在所述发射单元中产生光声信号；所述光声信号被设置在所述接收单元内的所述声学传感器接收；所述声学传感器将所述光声信号转换为电压信号，并将电压信号传输至所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于接收所述声学传感器输出的电压信号，并根据电压信号确定待检测气体的气体浓度。
在其中一个实施例中，所述发射单元为多层壳结构；
所述发射单元内通过隔板被分割为激光通道以及多条折叠通道；所述激光通道与多条所述折叠通道在所述发射单元中心联通，形成中心联通区域；
所述射线束通过所述激光通道在所述中心联通区域内，被待检测气体吸收，产生光声信号；
多条所述折叠通道分别与所述发射单元的外部联通，所述光声信号在所述发射单元内放大后，通过多条所述折叠通道被所述接收单元接收。
在其中一个实施例中，所述发射单元的激光通道与所述中心联通区域的联通口设置有光学窗；所述光学窗为对激光所在频段具有高光学透射率的材料。
在其中一个实施例中，所述激光通道的直径大于所述射线束的直径。
在其中一个实施例中，所述接收单元为多层壳结构；
所述接收单元内通过隔板被分割为多条折叠通道；多条所述折叠通道在所述接收单元中心联通，形成中心联通区域；
所述中心联通区域内部设置有声学传感器；
多条所述折叠通道分别与所述接收单元的外部联通，通过多条所述折叠通道接收所述发射单元发送的光声信号，所述光声信号在所述接收单元内放大后，被所述声学传感器接收；
所述声学传感器与信号处理模块连接，所述声学传感器将放大后的光声信号转换为电压信号，将所述电压信号传输至信号处理模块。
在其中一个实施例中，所述隔离层为厚度小于声波波长的高耐性薄膜材料，或厚度为声波半波长整数倍的隔离层。
在其中一个实施例中，所述光源模块包括激光器、激光调制器和光路调整单元；所述激光器、激光调制器和光路调整单元依次连接；
所述激光器，用于产生波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长的射线束；
所述激光调制器，用于调制所述射线束的频率，使得射线束的频率与信号收发模块中的米氏共振收发对的共振频率相同；
所述光路调整单元，包括多个光学元件，用于对所述射线束进行准直、聚焦以及偏转处理。
在其中一个实施例中，所述信号处理模块包括锁相放大器和计算单元；所述锁相放大器的第一输入端与所述激光调制器相连，所述锁相放大器的第二输入端与所述声学传感器相连；所述锁相放大器的输出端与所述计算单元连接；
所述锁相放大器，用于锁定所述共振频率，并从所述电压信号中提取出所述共振频率的光声信号；
所述计算单元，用于将提取出的所述共振频率的光声信号与标准样品曲线进行对比，得到待检测气体的气体浓度。
在其中一个实施例中，所述发射单元为金属材质或硬质非金属材质，所述折叠通道数量为8条，相邻各条所述折叠通道之间为厚度为1~5mm的隔板，所述中心联通区域为直径为5~30mm的球形区域。
第二方面，本申请还提供了一种气体浓度检测方法，应用于上述任一项所述的气体浓度检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
通过所述光源模块产生射线束，并将所述射线束发射至所述信号收发模块；所述射线束的波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长，所述射线束的频率与所述信号收发模块的共振频率相同；
通过所述发射单元接收所述射线束，并产生光声信号；
通过所述接收单元中的声学传感器接收所述光声信号，并将所述光声信号转换为电压信号，将所述电压信号传输至所述信号处理模块；
通过所述信号处理模块接收所述电压信号，并根据所述电压信号确定所述待检测气体的气体浓度。
上述基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置及方法，通过在光声信号的发射单元和接收单元之间设置隔离层，避免气体环境对气体组分检测精度产生影响，因此，提高了气体组分检测精度。
附图说明
图1为一个实施例中基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置的结构示意图；
图2为一个实施例中信号收发模块的外部结构示意图；
图3为一个实施例中一个实施例中发射单元的内部结构示意图；
图4为另一个实施例中基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置的结构示意图；
图5为一个实施例中基于米氏共振收发对的气体浓度检测方法的流程示意图；
图6为一个实施例中声压信号的增强倍数随频率变化的曲线图；
图7为一个实施例中声压信号的增强倍数随声源距离变化的曲线图。
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，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置，该气体浓度检测装置包括光源模块100、信号收发模块200和信号处理模块300。
光源模块100，用于产生射线束，并将射线束发射至信号收发模块200。
其中，射线束的波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长，最佳吸收峰是指在吸收光谱中吸收度随波长变化的曲线上，中心波长所对应的最大吸收值，射线束的频率与信号收发模块的共振频率相同。
信号收发模块200与信号处理模块300连接，包括米氏共振收发对的发射单元201、米氏共振收发对的接收单元202和声学传感器203。
其中，米氏共振原理是指在某些特定条件下，物体会发生共振现象，这种现象被称为米氏共振。米氏共振的特定条件是达到共振频率。共振频率是指物体在特定条件下振动的频率，当物体的振动频率与外部激励频率相等时，就会发生共振现象。发射单元与接收单元之间设置有隔离层204，隔离层204为发射单元与接收单元之间设置的一道具有声波透过特性的薄膜，示例性地，该薄膜可以设置为包裹发射单元或接收单元的结构，或者是发射单元和接收单元之间一定范围内的平面结构。声学传感器设置于接收单元内；射线束穿过发射单元，发射单元中的待测气体吸收了光源模块发射的射线束以后，把光能变成交变的热能，热能使待测气体膨胀或者收缩，从而产生形变，形变引起的弹性波，输出光声信号；光声信号被设置在接收单元内的声学传感器接收；声学传感器将光声信号转换为电压信号，并将电压信号传输至信号处理模块。
声学传感器，即接收声信号并且把声信号转换成电测仪器能够识别的电信号，从而使得不易被测量的声学量能够很容易被测出的装置。声学传感器的原理为声电转换，即把不易测量的声音信号转换成为容易被电测仪器测出的电信号。目前应用最多的声学传感器主要有动圈式、压电陶瓷式和电容式三大类。本实施例中，声学传感器可以但不限于是MEMs麦克风、石英音叉、电容式麦克风等高灵敏度声学传感器。
信号处理模块300，用于接收声学传感器203输出的电压信号，并根据电压信号确定待检测气体的气体浓度。
上述基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置，通过在光声信号的发射单元和接收单元之间设置隔离层，使得接收单元不直接与产生光声信号的气体环境接触，避免接收单元及其中的声学传感器老化变形对气体组分检测精度产生影响，因此，提高了气体组分检测精度。
在其中一个实施例中，如图2-图3所示，图2为一个实施例中信号收发模块200的外部结构示意图，图3为一个实施例中发射单元201的内部结构示意图。信号收发模块中的发射单元201为多层壳结构，通过隔板被分割为激光通道205以及多条折叠通道206；激光通道205与多条折叠通道206在发射单元201中心联通，形成中心联通区域。
其中，信号收发模块也可以包括一个发射单元和与发射单元对应的一个接收单元，或一个发射单元和与发射单元对应的多个接收单元。
示例性地，在信号收发模块中设置n组共振频率不同、相互串联的发射单元（n为待测气体中的气体组分数量），每个发射单元激光通道的中心轴线在同一条直线上。同时，在隔离层外距发射单元一定距离处设置n个共振频率与n个发射单元一一对应的接收单元。
射线束，即图2中的激光通过激光通道205在发射单元的中心联通区域内，被待检测气体吸收，产生光声信号。多条折叠通道206分别与发射单元201的外部联通，光声信号在发射单元201内放大后，通过多条折叠通道206被接收单元接收。
其中，发射单元为金属材质或硬质非金属材质，例如铝、不锈钢或PVC、PE等材质。多层壳结构的形状可以但不限于是球体形状、球面蜂窝形状、正二十四面体等类球面空间形状，优选为球体形状。多条折叠通道通过多层壳结构的最外层的多个外部连通孔分别与发射单元的外部联通。折叠通道数量为8条，相邻各条折叠通道之间为厚度为1~5mm的隔板，中心联通区域为直径为5~30mm的球形区域。
发射单元201的激光通道205的直径大于射线束的直径。激光通道205与中心联通区域的联通口设置有光学窗，光学窗为平行、透明的光学表面，是光学中的基础光学元件之一，用于分隔两侧的环境，如分开装置中模块的内部与外部，使内部与外部相互隔离，从而保护内部器件。它不会改变光学放大倍率，在光路中仅影响光程。可根据具体应用选择适合参数的光学窗，本实施例中，光学窗为对激光所在频段具有高光学透射率的材料，例如石英玻璃、氧化物陶瓷等。
信号收发模块200中的接收单元202为多层壳结构，接收单元202的中心联通区域内部设置有声学传感器203；接收单元202内通过隔板被分割为多条折叠通道；多条折叠通道分别与接收单元202的外部联通，通过多条折叠通道接收发射单元201发送的光声信号，光声信号在接收单元202内放大后，被声学传感器203接收；声学传感器203与信号处理模块300连接，将放大后的光声信号转换为电压信号，将电压信号传输至信号处理模块300。
隔离层204为厚度小于声波波长的高耐性薄膜材料，或厚度为声波半波长整数倍的隔离层。其中的声波波长，为发射单元中产生的光声信号对应的声波波长。该隔离层使光声信号全部透过的同时，将接收装置与待测气体进行隔绝，避免接收装置直接暴露于待测气体环境中，对测量精度产生影响。
本实施例中的信号收发模块，通过米氏共振收发对实现光声信号的发射、放大和接收，无需任何精密电子设备和额外供电，具有制作简单、维护和更换成本低等优点。并且基于米氏共振的原理进行光声信号的收发，具有一定的抗背景噪声干扰和抗障碍物干扰能力，可以满足各种恶劣环境的应用要求。
在其中一个实施例中，如图4所示，光源模块包括激光器101、激光调制器102和光路调整单元103，激光器101、激光调制器102和光路调整单元103依次连接。
激光器101，用于产生波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长的射线束。其中，激光器可以为连续可调谐激光器。激光调制器102，用于调制射线束的频率，使得射线束的频率与信号收发模块200中的米氏共振收发对的共振频率相同。光路调整单元103，包括反射镜、聚焦镜等多个光学元件，用于对射线束进行准直、聚焦以及偏转处理。
通过上述的光源模块，可以产生特定波长的射线束，并对该射线束进行频率调制和光路调整处理，之后再将射线束发射至所述信号收发模块中的发射单元，以用于产生光声信号。
在其中一个实施例中，如图4所示，信号处理模块包括锁相放大器301和计算单元302；锁相放大器的第一输入端与激光调制器相连，锁相放大器的第二输入端与声学传感器相连；锁相放大器的输出端与计算单元连接。
锁相放大器301，用于锁定共振频率，并从电压信号中提取出共振频率的光声信号。
其中，锁相放大器包括第一端和第二端，第一端与光源模块中的激光调制器相连，第二端与信号收发模块中的声学传感器相连，用于对由声学模块输出的光声信号进行滤波和放大，从而降低背景噪声的干扰。
计算单元302，用于将提取出的共振频率的光声信号与标准样品曲线进行对比，得到待检测气体的气体浓度。
本实施例中，信号处理模块通过锁相放大器接收信号收发模块中声学传感器输出的电压信号，从电压信号中提取出共振频率的光声信号之后，由计算单元将提取出的共振频率的光声信号与标准样品曲线进行对比，得到待检测气体的气体浓度。
上述基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本申请实施例中的基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置，其工作原理如下：首先，通过激光调制器对激光器输出的射线束的频率进行调制，将其调至米氏共振收发对的共振频率f，并通过光路调整单元中的一系列光学元件，对射线束进行准直、偏转和聚焦处理。处理后的射线束通过米氏共振接收对中的发射单元顶部预设的圆柱形激光通道进入发射单元，并穿透光学窗，最终聚焦于发射单元的中心联通区域。中心联通区域内的待测气体吸收射线束的部分能量，并通过光声效应产生频率为f的光声信号。发射单元的中心联通区域通过多条折叠通道与外部联通，本质上相当于一个高折射率介质。因此，光声信号将在内部连通区域产生米氏共振，大幅提升其辐射效率。另一方面，接收单元将同样产生米氏共振。由于接收单元和发射单元间存在耦合效应，此时，接收单元相当于一个声能势阱，发射单元发出的光声信号的绝大部分能量，将被限制在接收单元的中心联通区域，并通过其内部共振作用进一步放大。设置于接收单元中心联通区域的声学传感器接收该光声信号后将其转化为电压信号，并传输给信号处理模块。同时，锁相放大器通过锁定共振频率f，进而将该频率光声信号从电压信号中提取出来。最后，计算单元分析该光声信号，并通过与标准样品曲线比对，计算得到待测气体环境中各气体组分浓度。
基于上述原理，本申请的一个实施例中，提供了采用上述基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置进行气体浓度检测的方法，该方法所提供的解决问题的实现方案与上述装置中所记载的实现方案相似，故下面所提供的基于米氏共振收发对的气体浓度检测方法实施例中的具体限定可以参见上文中对于基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置的限定，在此不再赘述。如图5所示，该方法包括如下步骤：
步骤502，通过光源模块产生射线束，并将射线束发射至信号收发模块。
其中，射线束的波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长，射线束的频率与信号收发模块的共振频率相同。
具体地，通过连续可调谐激光器产生射线束。通过激光调制器，根据n种气体组分的光谱吸收特性，依次将射线束的波长调制到对应n种气体组分的最佳吸收峰对应的波长。同时，通过激光调制器将n种波长的射线束的频率分别调制到n组米氏共振收发对的第一阶单极子共振频率。然后通过光路调整单元中的一系列光学元件，使得射线束经过准直、偏转、聚焦后，穿过激光通道和光学窗，并聚焦于发射单元的中心联通区域。其中n为待测气体环境中气体组分数量，n的取值可以为1或者是大于1的整数。
步骤504，通过发射单元接收射线束，并产生光声信号。
具体地，通过n个发射单元的中心联通区域，使待测气体中的n种组分吸收部分射线束能量产生n种光声信号。n个发射单元通过米氏共振将n种光声信号放大后发送给对应的接收单元。
步骤506，通过接收单元中的声学传感器接收光声信号，并将光声信号转换为电压信号，将电压信号传输至信号处理模块。
具体地，n个接收单元产生米氏共振，将接收到的n种光声信号进一步放大。设置于n个接收单元内部的声学传感器接收n种光声信号，并将n种光声信号转化为电压信号传输给信号处理模块。
步骤508，通过信号处理模块接收电压信号，并根据电压信号确定待检测气体的气体浓度。
具体地，通过信号处理模块中的锁相放大器锁定n个光声信号的共振频率f，进而将各频率的光声信号从电压信号中提取出来。通过计算单元分析n种光声信号，并通过与标准样品曲线比对，计算得到待测气体环境中各气体组分浓度。
上述基于米氏共振收发对的气体浓度检测方法，通过光源模块产生射线束，并将射线束发射至信号收发模块；通过发射单元接收射线束，并产生光声信号；通过接收单元中的声学传感器接收光声信号，并将光声信号转换为电压信号，将电压信号传输至信号处理模块；通过信号处理模块接收电压信号，并根据电压信号确定待检测气体的气体浓度。通过在光声信号的发射单元和接收单元之间设置隔离层，使得接收单元不直接与产生光声信号的气体环境接触，避免接收单元及其中的声学传感器老化变形对气体组分检测精度产生影响，因此，提高了气体组分检测精度。
应该理解的是，虽然如上所述的各施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，为验证米氏共振收发对的定向辐射和声能放大效果，采用COMSOL Multiphysics 对米氏共振收发对的声学性能进行仿真计算。本实施例中，发射单元和接收单元多层壳结构为球体结构，其最外层壳结构的球体直径为90mm，最内层壳结构的球体直径为20mm，所有壳结构的壁厚均为1.5mm，最外层壳结构和最内层壳结构之间被多道隔板分隔成8条独立的折叠通道，每条折叠通道的宽度均为3.5mm。最外层球壳设置有8个外部联通孔，外部联通孔直径为15mm，设置于在对应每条折叠通道的入口处，使得每条折叠通道均与发射单元和接收单元的外部相连通；同时，最内层壳结构也设置有8个穿孔，穿孔直径为6mm，设置于对应每条折叠通道的出口处，使得每条折叠通道一端均连接至中心联通区域。贯穿壳结构中心的圆柱形激光通道直径为6mm。多层壳结构的材质均为亚克力，其密度为ρ = 1190 kg∕m3；杨氏模量为E = 3.2 Gpa；泊松比为v = 0.35。
图6为在光声点源与声学传感器相距1m时，安装米氏共振收发对与未安装时由光声信号转化产生的声压信号比值，即声压信号的增强倍数。由图6可知，在630Hz频率处，米氏共振收发对产生一阶单极子共振，使得在距离光声点源1 m处测得的光声信号强度提高了近3600倍。
图7给出了光声点源与声学传感器相距不同距离时，安装米氏共振收发对后，在630Hz频率处的声压信号相比未安装时的提升倍数。由图7可知，随着与光声点源距离的增加，在630Hz频率处的声压信号相比未安装时的声压增幅倍数存在一定波动，其中，近场情况下，传播距离对增幅倍数有较大影响，此时米氏共振收发对的耦合作用较强，而在中、远场情况下，传播距离对增幅倍数的影响较小，但整体基本保持在3500倍以上。可见，米氏共振收发对在不同距离处均能保持良好的效果。
可见，米氏共振收发对可通过将光声源和检测系统分离，实现非接触式远距离光声光谱气体检测，适用于高温、高湿度、高腐蚀性、含尘等恶劣环境中的气体检测。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于米氏共振收发对的气体浓度检测装置，其特征在于，所述装置包括光源模块、信号收发模块和信号处理模块，其中：
所述光源模块，用于产生射线束，并将所述射线束发射至所述信号收发模块；所述射线束的波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长，所述射线束的频率与所述信号收发模块的共振频率相同；
所述信号收发模块与所述信号处理模块连接，包括米氏共振收发对的发射单元、米氏共振收发对的接收单元和声学传感器；所述发射单元与所述接收单元之间设置有隔离层；所述声学传感器设置于所述接收单元内；所述射线束穿过所述发射单元，在所述发射单元中产生光声信号；所述光声信号被设置在所述接收单元内的所述声学传感器接收；所述声学传感器将所述光声信号转换为电压信号，并将电压信号传输至所述信号处理模块；
所述发射单元为多层壳结构；所述发射单元内通过隔板被分割为激光通道以及多条折叠通道；所述激光通道与多条所述折叠通道在所述发射单元中心联通，形成中心联通区域；所述射线束通过所述激光通道在所述中心联通区域内，被待检测气体吸收，产生光声信号；多条所述折叠通道分别与所述发射单元的外部联通，所述光声信号在所述发射单元内放大后，通过多条所述折叠通道被所述接收单元接收；所述接收单元为多层壳结构；所述接收单元内通过隔板被分割为多条折叠通道；多条所述折叠通道在所述接收单元中心联通，形成中心联通区域；所述中心联通区域内部设置有声学传感器；多条所述折叠通道分别与所述接收单元的外部联通，通过多条所述折叠通道接收所述发射单元发送的光声信号，所述光声信号在所述接收单元内放大后，被所述声学传感器接收；所述声学传感器与信号处理模块连接，所述声学传感器将放大后的光声信号转换为电压信号，将所述电压信号传输至信号处理模块；
所述信号处理模块，用于接收所述声学传感器输出的电压信号，并根据电压信号确定待检测气体的气体浓度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述发射单元的激光通道与所述中心联通区域的联通口设置有光学窗；所述光学窗为对激光所在频段具有高光学透射率的材料。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述激光通道的直径大于所述射线束的直径。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔离层为厚度小于声波波长的高耐性薄膜材料，或厚度为声波半波长整数倍的隔离层。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述光源模块包括激光器、激光调制器和光路调整单元；所述激光器、激光调制器和光路调整单元依次连接；
所述激光器，用于产生波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长的射线束；
所述激光调制器，用于调制所述射线束的频率，使得射线束的频率与信号收发模块中的米氏共振收发对的共振频率相同；
所述光路调整单元，包括多个光学元件，用于对所述射线束进行准直、聚焦以及偏转处理。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述信号处理模块包括锁相放大器和计算单元；所述锁相放大器的第一输入端与所述激光调制器相连，所述锁相放大器的第二输入端与所述声学传感器相连；所述锁相放大器的输出端与所述计算单元连接；
所述锁相放大器，用于锁定所述共振频率，并从所述电压信号中提取出所述共振频率的光声信号；
所述计算单元，用于将提取出的所述共振频率的光声信号与标准样品曲线进行对比，得到待检测气体的气体浓度。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射单元为金属材质或硬质非金属材质，所述折叠通道数量为8条，相邻各条所述折叠通道之间为厚度为1~5mm的隔板，所述中心联通区域为直径为5~30mm的球形区域。
8.一种基于米氏共振收发对的气体浓度检测方法，应用于权利要求1至7任一项所述的气体浓度检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
通过所述光源模块产生射线束，并将所述射线束发射至所述信号收发模块；所述射线束的波长为待检测气体最佳吸收峰对应的波长，所述射线束的频率与所述信号收发模块的共振频率相同；
通过所述发射单元接收所述射线束，并产生光声信号；
通过所述接收单元中的声学传感器接收所述光声信号，并将所述光声信号转换为电压信号，将所述电压信号传输至所述信号处理模块；
通过所述信号处理模块接收所述电压信号，并根据所述电压信号确定所述待检测气体的气体浓度。
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