CN117929286A - 一种光声光谱测声器及气体探测装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于气体传感领域，具体公开了一种光声光谱测声器及气体探测装置，包括：圆柱筒，所述圆柱筒具有透光窗口；石英音叉，所述石英音叉置于所述圆柱筒内部；当与所述石英音叉的面内区域不相交的激光光束从所述透光窗口入射到圆柱筒内时，所述圆柱筒用于将所述激光光束激发圆柱筒内气体所产生的声波信号共振放大，所述石英音叉用于测量所述声波信号。本申请中入射激光不需要穿过石英音叉，减少了激光引起的热噪声；圆柱筒为径向共振声学谐振腔，便于光束的准直，对入射激光的光束质量几乎没有要求，适用于多种类型的光源。

Description

一种光声光谱测声器及气体探测装置

技术领域

本申请属于气体传感领域，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。对于非光学类气体传感器，电化学传感器可能无法区分出一些气体，而气相色谱质谱法无法实时、原位检测。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。光学传感技术主要又分为直接吸收光谱和间接吸收光谱，其中直接吸收光谱必须搭配价格昂贵的光电探测器一起使用，而间接检测光声信号的光声光谱技术由于其简单的结构具有独特优势。

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，产生声波。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。以上优点使光声光谱技术应用范围更加广泛。

美国莱斯大学的Anatoliy Kosterev博士以及Frank Tittel教授于2002年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。

专利文献CN 113552212 A公开径向腔石英增强光声光谱测声器及其气体探测装置，该装置采用了圆柱筒作为径向声学谐振腔来通过谐振效应放大声波信号。然而该装置中，光束垂直穿过音叉振臂缝隙，因此音叉振臂缝隙的几何尺寸对光束产生了一些轮廓质量要求，要求其光束的轮廓小于音叉振臂间隙。事实上，并不是所有光束都能穿过音叉的振臂间隙。例如频率为0.1THz的光，其波长为3mm，而商用32768Hz音叉的振臂间隙为0.3mm，光束无论如何聚焦，从原理上它都无法通过该音叉的振臂间隙。当光束无法完全准直穿过音叉振臂间隙，而与音叉振臂有所接触时，会产生极大的热噪声，从而降低装置的探测灵敏度。此外，该专利文献中，光与音叉所在的平面垂直，光所产生的声波和音叉的作用仅为一个点，导致耦合强度弱，装置探测灵敏度有待提高。

专利文献CN 110646348 A公开基于平行入射的石英光声光谱传感系统，该系统中光束平行于石英音叉振臂入射，并穿过两音叉振臂间隙，传输至石英音叉中，激发气体分子产生声波信号。该发明虽然增加了光束产生的声波与音叉的作用面积，作用由点变为线，提高了耦合强度。但是需要在光束传输路径额外采用技术手段阻止光束照射音叉底部，否则会产生极大光热噪声，损害探测信噪比，降低灵敏度此外该装置对入射光束的轮廓有一定的要求，要求光束平行，且光束直径小于音叉的振臂间隙。

综上所述，现有技术中音叉振臂间隙对光束质量和光束轮廓约束要求较高，现在有的光束激发方式有两点弊端：第一，光热噪声大，探测信噪比低；第二，腔内声波信号的激发强度有待提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于一种光声光谱测声器及气体探测装置，旨在解决现有声学谐振腔和音叉两者对光束轮廓质量的约束而产生的光热噪声问题，以及腔内声波信号的激发强度不高的问题，进而导致灵敏度低的问题。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种光声光谱测声器，包括：圆柱筒，所述圆柱筒具有透光窗口；

石英音叉，所述石英音叉置于所述圆柱筒内部；

当与所述石英音叉的面内区域不相交的激光光束从所述透光窗口入射到圆柱筒内时，所述圆柱筒用于将所述激光光束激发圆柱筒内气体所产生的声波信号共振放大，所述石英音叉用于测量所述声波信号。

需要说明的是，圆柱筒将声波信号共振放大指的是提供一个声学谐振腔。上述声学谐振腔主要由圆柱筒的筒身或筒体贡献。进一步地，圆柱筒的透光窗口位于筒的一端。圆柱筒的另一端可以是透光材料或者不透光材料。上述透光窗口或透光材料，可以是透光的玻璃，也可以是无任何材料，即圆柱筒的一端或两端均为开口形式，入射光可以直接入射到圆柱筒内。

其中，圆柱筒的两端指的圆柱筒的顶端和底端，底端和顶端均为一个圆盘；筒身即筒体，指的是连接圆柱筒顶端和底端的部分。

本领域技术人员可以理解的是，当上述光声光谱测声器用于探测气体浓度时，圆柱筒可以以两端开口的方式直接置于待测气体的环境内；或将待测气体注入到两端封闭的圆柱筒，之后实现对气体浓度的探测。本领域技术人员可以根据实际需要选择具体的方案，本申请对此不做任何限定。

进一步地，音叉平面定义为音叉的两个振臂组成的平面，如图1(a)所示；本申请中提到的音叉的面内区域是指在几何空间上，音叉的两个振臂及其延长线组成的平面；本申请中提到的音叉的面外区域是指除面内区域之外的区域。

可选地，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值大于预设值为准。

可选地，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值最大为准。

可选地，所述圆柱筒为封闭的气室。

可选地，所述圆柱筒为所述声波信号提供径向共振腔。

可以理解的是，径向圆柱桶的直径与其长度相比拟，或圆柱筒的直径大于等于其长度。

可选地，所述石英音叉的振臂与圆柱筒的中轴线平行。

可选地，所述激光光束与圆柱筒的中轴线平行。

可选地，所述石英音叉设置于圆柱筒底部，所述圆柱筒的顶部为所述透光窗口。

可选地，所述圆柱筒底部为透光窗口或非透光窗口。

第二方面，本申请提供了一种气体探测装置，包括上述第一方面提供的光声光谱测声器；

所述圆柱筒内有待测气体。

总体而言，通过本申请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：

本申请提供一种光声光谱测声器及气体探测装置，将面外激发和径向声学谐振腔的思想相结合，应用于石英增强光声光谱气体探测技术。采用面外激发方式，入射激光不需要穿过石英音叉，减少了激光引起的热噪声，提高探测信噪比，提升灵敏度，扩展了测量的气体浓度范围。采用径向共振声学谐振腔，与轴向腔相比，半径更大，长度更短，便于光束的准直。

本申请提供一种光声光谱测声器及气体探测装置，同时克服了传统配置中光产生的声波和音叉作用面积较小和径向声学谐振腔配置中光产生的声波需与音叉所在的平面相交才能激发的缺点。本申请采用的光声光谱测声器对入射激光的光束质量几乎没有要求，适用于多种类型的光源。值得说明的是，本申请并不是面外激发和径向声学谐振腔的简单组合。传统的径向腔中，音叉平面与径向腔的中轴线垂直；而本申请中，音叉平面与径向腔的中轴线平行。而当音叉平面与径向腔的中轴线平行时，光束激发的声波与音叉的相互作用由点变为线，音叉外形边界改变径向腔内的声学模式分布，腔内声压最强处并不在径向腔的中轴线处，使得激光在径向腔内能够处于音叉面外，实现减少热噪声的同时保证音叉附近的声压强度足够大，使得测声器的测量性能发挥最佳。

附图说明

图1(a)为本申请实施例提供的音叉几何结构示意图，YZ平面即为本申请中所述的音叉平面。

图1(b)为本申请实施例提供的轴向声学谐振腔及其声学共振模式。

图1(c)为本申请实施例提供的径向声学谐振腔及其声学共振模式。

图1(d)为本申请实施例提供的声波点激发的形式图。

图1(e)为本申请实施例提供的声波线激发的形式图。

图1(f)为本申请实施例提供的光声光谱测声器的剖视图。

图2为本申请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3(a)为本申请实施例提供的沿光束传播方向视角，圆柱筒内光产生的声压强度分布图。

图3(b)为本申请实施例提供的垂直光束传播方向视角，光谱测声器结构图，含光束和音叉、圆柱筒的几何位置示意图；d＝0mm即为面内激发，否则即为面外激发。

图3(c)为本申请实施例提供的光声光谱仿真验证的，在圆柱筒内，归一化声压与石英音叉的放置位置距离所述圆柱筒中轴线的距离D，入射激光与石英音叉的距离d的关系图。

图4为本申请实施例提供的气体探测装置的结构框图。

图5为本申请实施例提供的光声光谱测声器的实际测量中光声信号强度与入射激光与石英音叉的距离d的关系示意图。

图6为本申请实施例提供的在使用DFB激光器时的面外、面内配置的二次谐波信号图。

图7为本申请实施例提供的在使用DFB激光器时的面外、面内配置的噪声图。

图8为本申请实施例提供的在使用DFB激光器时的面外配置信号与手持温湿度记录仪信号比较示意图。

图9为本申请实施例提供的在使用LED光源时面外、面内配置噪声图。

图10为本申请实施例提供的在使用LED光源时面外、面内配置的艾伦方差图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：50为圆柱筒、51为入射窗口、52为石英音叉、LA为激光、A1为圆柱筒的中心轴线、1为计算机设备、2为函数发生器、3为加法器、4为激光驱动器、5为激光器、6为光纤准直透镜、8为前置放大器、9为锁相放大器、10为光声光谱测声器。

具体实施方式

为方便理解，下面先对本申请实施例所涉及的英文简写和有关技术术语进行解释和描述。

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

本申请涉及一种面外径向光声光谱测声器，包括：圆柱筒，设置在所述圆柱筒的入口端的透光的入射窗口，石英音叉；由所述入射窗口和所述圆柱筒封闭的气室；在所述气室内，所述圆柱筒的底部固定布置石英音叉，石英音叉与所述圆柱筒的中轴线平行。本申请还涉及一种气体探测装置，包括上述的光声光谱测声器。

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，增强探测信号并抑制噪声。

图1(a)为本申请实施例提供的音叉几何结构示意图，YZ平面即为本申请中所述的音叉平面。图1(b)为本申请实施例提供的轴向声学谐振腔及其声学共振模式。图1(c)为本申请实施例提供的径向声学谐振腔及其声学共振模式。图1(d)为本申请实施例提供的声波点激发的形式。图1(e)为本申请实施例提供的声波线激发的形式。图1(f)为本申请实施例提供的光声光谱测声器的剖视图。

由图1(a)至图1(f)可知，在图1(b)轴向声学谐振腔中，驻波的振动方向与声波传播方向相同，导致谐振腔较细较长，不利于光束准直；图1(c)中的径向声学谐振腔中的驻波振动方向与声波传播方向垂直，拥有更大的内径和更短的长度，但传统径向腔配置中的光束从音叉振臂中间穿过，对光束质量依然存在限制。此外，当光束垂直于音叉平面穿过振臂间隙时，如图1(d)所示，产生的声波与音叉的作用范围仅限于一个点，探测灵敏度有限。而通过将光束平行于音叉平面且在面外入射的方式，如图1(e)所示，不仅可以将声波与音叉作用的范围由点变成线，提高探测性能；还可以消除对光束质量的限制，可以适应多种光源。本申请实例通过设计径向腔尺寸以及音叉与光束的位置，如图1(f)所示，充分结合了径向谐振以及面内线激发的优势，实现了最优的声学耦合，几乎适用于所有光源。

参照图2，在一些实施例中，根据本申请的一种面外径向光声光谱测声器包括：圆柱筒50、入射窗口51。在这些实施例中，限定圆柱筒50、和激光LA具有相同的中心轴线A1。本申请采用的石英音叉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。

可选地，圆柱筒50的直径为12.8mm，长度为10mm。

可选地，石英音叉52固定在圆柱筒50底部，位置距离所述圆柱筒中轴线A1的距离D的取值范围为0-2mm，入射激光LA与石英音叉52的距离d的取值范围为0-5mm。

进一步，所述透光窗口由对入射激光高透的玻璃薄片组成。

进一步，所述圆柱筒由金属材料组成。

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12.8mm，长度为10mm，石英音叉距离圆柱筒中轴线的距离D为1.1mm，入射激光距离石英音叉的距离d为0.2mm，在音叉左侧。

在进一步的实施例中，石英音叉距离圆柱筒中轴线的距离D和入射激光距离石英音叉的距离d的优化长度可以通过以下方式计算得到。应理解，本申请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。

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，350μm和300μm。圆柱筒的内径为12.8mm，长度为10mm。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，通过调整石英音叉和入射激光的位置，检测音叉振臂中间的声压级，可以比较不同位置对声波的放大效果，得到石英音叉和入射激光的最优位置。

如图3(a)所示，通过COMSOL软件仿真模拟，当圆柱筒谐振腔的内部放置音叉(图3(a)中以QTF示意)后，音叉平面和径向声学谐振腔中轴线平行，光束激发的声波和音叉的相互作用由点变为线，导致音叉的几何外形对径向声学谐振腔内声学模式的修饰。此时，当从圆柱筒的中心轴线入射光束，其声压最大值不在圆柱筒的中心轴线位置。如图3(b)所示，本申请所述的光声光谱测声器，包括圆柱筒谐振腔、音叉和激发光束。音叉距离圆柱筒中轴线的位置为D，音叉距离激发光束的位置为d。如图3(c)所示，看出当石英音叉距离圆柱筒中轴线的位置D，和入射光距离石英音叉的距离d变化时，石英音叉振臂中间的声压也会变化。在圆柱形筒谐振腔内部允许的空间参数内，通过仿真软件穷尽所有的D和d值发现，当D＝1.1mm(正号代表音叉在中轴线右侧)，d＝-0.2mm(负号代表光束在音叉左侧)时，声压最大，说明该位置处声波的放大效果最好。

图4为采用本申请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出射光路的光声光谱测声器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声光谱测声器10。如图2所示，准直光束先穿过由BK9玻璃制成的入射窗口51，经过圆柱筒50，然后经过石英音叉52的振臂附近。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。

因此，对已知浓度气体进行检测时，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，产生的声波信号被石英音叉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显示在计算机屏幕上。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，确定电信号与气体浓度的关系，标定后的装置就能对该种气体进行测量。

在更具体的实施例中，基于本申请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石英增强光声光谱的探测灵敏度。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。激光光束垂直于圆柱筒中轴线通过入射窗口进入气室。石英音叉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，不同激光入射位置下的面外径向光声光谱测声器对光声信号的增强效果被比较，如图5所示。曲线的高度表示光声信号的强度，d值为负数说明入射位置在石英音叉的左侧，实验证明激光入射位置在石英音叉左侧0.2-0.3mm附近时光声信号最强，探测效果最好，与上述仿真结果相符。

在一个验证实例中，入射光沿圆柱筒中轴线入射到石英音叉振臂中间(d＝0，面内)，与入射到上述最优位置(d＝-0.2，面外)的光声信号和噪声被比较。为测量空气中的水分子的浓度，激光器的温度被设置在18.5℃，注入电流从40mA变化到49mA，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^{- 21}cm/mol的水分子吸收线被选定。

如图6所示，入射面内的二次谐波信号的峰值为0.93mV，入射配置的二次谐波信号的峰值为1.34mV。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7所示，计算得到面内与面外配置的1σ噪声分别为3.13μV和1.46μV。最终得出面外配置的信噪比相比面内提高了3倍。首先，对于同样尺寸的径向声学谐振腔，面外配置对声波共振放大比面内好，因此光声信号幅值更高；另外，在面内配置中，激光会直接与石英音叉接触，产生较高的热噪声。综上所述，本申请面外配置的探测灵敏度更高。

在一个验证实例中，使用面外径向光声光谱测声器的气体探测装置，将入射激光的波长锁定在水的吸收线上，实时监测空气中的水分子浓度变化。为了验证得到的信号能否真实反应空气中的水分子浓度，同时使用一个手持温湿度计对空气湿度进行测量。气体探测装置得到的光声信号与温湿度计得到的空气中水分子浓度的比较如图8所示，二者的变化趋势基本一致，可以证明气体探测装置的可靠性。

在一个验证实例中，使用波长为450nm的LED光源作为入射光，验证面外径向光声光谱测声器对光束质量较差的光源的适用性。将圆柱筒气室内充满氮气，氮气在450nm波段没有吸收，此时可以测量系统的噪声。更低的光热噪声意味着装置能够获得更高的探测信噪比，从而提升灵敏度。如图9所示，对于面内配置，噪声均值有5.72mV，标准差有10.4μV，而对于面外配置，噪声的均值只有0.7mV，标准差为4.33μV。对于光束质量较差的光源，在面内配置中，光束几乎无法不触碰石英音叉的振臂，会产生较高的热噪声，而对于面外配置，入射光不穿过音叉振臂，而是从音叉的附近经过，因此可使用于光束质量较差的光源。图10所示的艾伦方差展示了面内和面外配置的长时间稳定性，可以看出面外径向光声光谱测声器的性能更好。

应当理解的是，可以在本申请中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性，并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本申请中，诸如“包括”和/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合，但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。

此外，在本申请中，表述“和/或”包括关联列出的词语中的任意和所有组合。例如，表述“A和/或B”可以包括A，可以包括B，或者可以包括A和B这二者。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。其中，“固定连接”是指彼此连接且连接后的相对位置关系不变。“转动连接”是指彼此连接且连接后能够相对转动。“滑动连接”是指彼此连接且连接后能够相对滑动。本申请实施例中所提到的方位用语，例如，“顶”、“底”、“内”、“外”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请实施例，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

另外，在本申请实施例中，提到的数学概念，对称、相等、平行、垂直等。这些限定，均是针对当前工艺水平而言的，而不是数学意义上绝对严格的定义，允许存在少量偏差，近似于对称、近似于相等、近似于平行、近似于垂直等均可以。例如，A与B平行，是指A与B之间平行或者近似于平行，A与B之间的夹角在0度至10度之间均可。A与B垂直，是指A与B之间垂直或者近似于垂直，A与B之间的夹角在80度至100度之间均可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光声光谱测声器，其特征在于，包括：

圆柱筒，所述圆柱筒具有透光窗口；

石英音叉，所述石英音叉置于所述圆柱筒内部；

当与所述石英音叉的面内区域不相交的激光光束从所述透光窗口入射到圆柱筒内时，所述圆柱筒用于将所述激光光束激发圆柱筒内气体所产生的声波信号共振放大，所述石英音叉用于测量所述声波信号。

2.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值大于预设值为准。

3.根据权利要求2所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值最大为准。

4.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述圆柱筒为封闭的气室。

5.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述圆柱筒为所述声波信号提供径向共振腔。

6.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉的振臂与圆柱筒的中轴线平行。

7.根据权利要求1或6所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述激光光束与圆柱筒的中轴线平行。

8.根据权利要求1至6任一项所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉设置于圆柱筒底部，所述圆柱筒的顶部为所述透光窗口。

9.根据权利要求8所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述圆柱筒底部为透光窗口或非透光窗口。

10.一种气体探测装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光声光谱测声器；

所述圆柱筒内有待测气体。