CN204989015U - 一种石英音叉式激光击穿检测装置 - Google Patents
一种石英音叉式激光击穿检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204989015U CN204989015U CN201520368192.1U CN201520368192U CN204989015U CN 204989015 U CN204989015 U CN 204989015U CN 201520368192 U CN201520368192 U CN 201520368192U CN 204989015 U CN204989015 U CN 204989015U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detection light
- quartz tuning
- fork
- light source
- optoacoustic
- 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.)
- Withdrawn - After Issue
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种石英音叉式激光击穿检测装置,包括光声吸收腔、激发光源、检测光源、检测光调制单元和石英音叉探测器等,所述石英音叉探测器由共振管和石英音叉组成。工作时,激发光聚焦入射到待测物质上,待测物质由于吸热而形成纳米粒子云团并扩散到光声吸收腔腔中,检测光被纳米粒子云团中的成分吸收而产生光声效应,声能在共振管积累并传递给石英音叉输出电信号,据此推算待测物质中某一成分的含量。本实用新型结合激光诱导击穿和光声光谱法,提高传统激光诱导击穿方法的检测极限;以石英音叉作为探测装置,有效的简化了检测系统;同时由于光声吸收腔中被抽真空,谱线加宽效应很小,被探测的谱线容易区分且噪声很小,提高了检测灵敏度。
Description
技术领域
本实用新型涉及光谱测量技术领域,特别是一种使用石英音叉的光声光谱法的激光诱导击穿检测装置,适用于物质浓度定量分析。
背景技术
激光诱导击穿光谱法是一种激光烧灼式光谱分析方法,激光经过透镜聚焦到待测物质上(可以是固体、液体或气体),当激光的能量密度大于待测物质击穿阈值时,先会产生纳米例子云团,激光继续照射就会产生等离子体,这种等离子体的局部能量密度及温度非常高,用光谱仪收集待测物质等离子体表面产生的发射谱线的信号,就可以根据发射谱线的强度而定量分析里面物质的浓度。
分子光谱学的气体检测技术具有灵敏度高、选择性好、可实时在线检测等优点,近年来备受人们关注,尤其是光声光谱,更是具有对光源波长无选择性而被广泛应用。传统的光声光谱采用麦克风对声波进行探测,2002年美国莱斯大学率先使用石英音叉代替麦克风,使得装置的体积大大减小,取得了较理想的效果。
目前,目前的激光诱导击穿光谱法的检测极限为ppm量级,还存在检测灵敏度较低的问题。而用光声光谱法直接检测固体物质,由于存在谱线加宽问题而导致检测灵敏度下降以及谱线难以区分的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种具有更高检测灵敏度石英音叉式激光击穿检测装置。
为了解决上述技术问题,本实用新型的技术方案为:
一种石英音叉式激光击穿检测装置,包括光声吸收腔、激发光源、激发光源控制器、检测光源、检测光源控制器、检测光调制单元、石英音叉探测器、信号放大单元和主机,其中:
所述光声吸收腔包括腔体、入射窗口、激发光入射窗、样品池以及气口;腔体上设置可关闭的气口,一端设置入射窗口,关闭气口后光声吸收腔为密封腔;腔体留有激发光入射窗;激发光源的激发光通过激发光聚焦透镜后从激发光入射窗入射光声吸收腔,检测光源的检测光通过检测光聚焦透镜后从入射窗口入射光声吸收腔;
所述石英音叉探测器位于光声吸收腔内,包括共振管和石英音叉;共振管轴线与所述检测光光路同轴,共振管下部有一个开口槽;石英音叉位于所述开口槽处,其两个振臂分置于共振管轴线两侧,振臂平面与共振管轴线平行;共振管上还设置有径向贯通管身的两个透光口;所述样品池位于腔体中,待测物质置于样品池中,通过激发光入射窗的入射激发光穿过共振管上的两个透光口后对准下方的样品池;
所述激发光源控制器连接控制激发光源;所述检测光源控制器连接控制检测光源;主机连接激发光源控制器、检测光源控制器和信号放大单元;检测光调制单元设置于检测光源出射光路中或连接调制检测光源控制器。
优选的,所述检测光调制单元为调制器,设置于检测光源和检测光聚焦透镜之间,与信号放大单元相连。
进一步优选的,所述调制器为电光调制器、声光调制器或磁光调制器。
另一优选的,所述检测光调制单元为函数发生器,函数发生器连接控制检测光源控制器,并与信号放大单元相连。
进一步优选的,所述检测光源为半导体激光器。
全部优选的,所述样品池为移动样品池,可根据需要调节在光声吸收腔中的位置。
作为前述全部方案的优选,所述信号放大单元由前置放大器和锁相放大器组成,石英音叉信号输出端连接前置放大器,锁相放大器同时连接检测光调制单元、主机和前置放大器。
本实用新型技术方案在一个吸收腔中放置待测物质、石英音叉及共振管,激发光聚焦入射到待检测物质上,待检测物质由于吸热而形成纳米粒子云团并扩散到腔中,检测光入射到共振管中被纳米粒子云团中的成分吸收而产生光声效应,通过石英音叉探测到的声波强度而推算云团中物质的含量,进而推算待测物质中某一成分的含量。
本实用新型技术方案的有益效果为:结合激光诱导击穿光谱法和光声光谱法,提高激光诱导击穿方法的检测极限;以石英音叉作为探测装置,有效的简化了检测系统;同时由于光声吸收腔中被抽真空,所以被激发的纳米粒子云团在腔中扩散而有很小的气压,谱线加宽效应很小,被探测的谱线容易和其它谱线区分,且噪声很小,提高了检测灵敏度。
附图说明
图1为本实用新型石英音叉探测器结构立体图;
图2为本实用新型石英音叉探测器工作状态示意图;
图3为实施例1检测装置整体结构示意图;
图4为实施例2检测装置整体结构示意图。
其中:
1:光声吸收腔;1-1:腔体;1-2:入射窗口;1-3:出射窗口;1-4:激发光入射窗;1-5:移动样品池;1-6:气口;2:激发光源;2-1:激发光源控制器;3:检测光源;3-1:检测光源控制器;3-2:调制器;3-3:函数发生器;4:石英音叉探测器;4-1:共振管;411:开口槽;412:透光口;4-2:石英音叉;421;振臂;5:信号放大单元;5-1:前置放大器;5-2:锁相放大器;6:主机;7:待测物质;
A:激发光;B:检测光;M1:激发光聚焦透镜;M2:检测光聚焦透镜。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型做进一步说明,以便更好地理解本实用新型。
实施例1
图1、图2所示为本实用新型石英音叉探测器的结构和工作状态,主要由共振管4-1和石英音叉4-2组成,石英音叉4-2有两个振臂421,振臂421的平面与共振管4-1轴向平行,石英音叉4-2受到外部的激励后两个振臂421会产生往复振动。石英音叉4-2下部有两个电极,一个与信号地连接,另外一个用于输出因振动而产生的电信号。石英音叉4-2的两个振臂421位于共振管4-1下部的一个开口槽411处,共振管4-1的轴线与检测光B光路同轴,检测光B通过共振管4-1时被待测物质7吸收,由于待测物质7的碰撞退激发而释放声能,声能在共振管4-1中逐步积累,再传递给石英音叉4-2引起两个振臂421的振动,然后石英音叉4-2通过压电效应把机械振动能转换为电信号,而电信号的强度正比于被检测物质7成分的浓度。共振管4-1上还设置有一对上下贯通管径的透光口412,用于让入射光声吸收腔1的激发光A通过共振管4-1,下方的透光口412在图中未标出。
本实施例光声吸收腔1的腔体1-1两端相对嵌置有入射窗口1-2和出射窗口1-3以供检测光穿过,由于本实用新型采用光声吸收方式,因此也可不设置出射窗口1-3以简化结构;为便于将待测物质调节到所需位置,样品池采用可升降的移动样品池1-5。
本实施例元件的参数为,共振管4-1长度8mm,外直径为0.7mm,内直径为0.45mm;开口槽411宽度为0.15mm,长度为0.45mm;透光口412宽度为0.25mm,长度为0.25mm。上述尺寸可根据实际情况适当选择。
如图2所示,检测时先在移动样品池1-5中放入标准样品,然后光声吸收腔1被抽真空以防止空气中其它成分的干扰。激发光A通过激发光聚焦透镜M1和激发光入射窗1-4聚焦到标准样品上,激发光A的照射时间t1以刚好使得物质产生纳米粒子云团为准,经过时间t2,纳米粒子云团在腔内得到一定扩散,此时打开检测光源3,检测光B穿过纳米粒子云团,其中的某些成分吸收检测光而产生光声效应,声波被石英音叉探测器4探测而产生信号。
此时使用的是标准样品而非待测物质7,标准样品中的某一成分含量已知,为a1,由石英音叉探测器4探测到的信号强度为A1。
然后把待检测物质7被放置于移动样品池中1-5中,抽真空以防止空气中其它成分的干扰;由石英音叉探测器4探测到的信号强度为A2,通过公式:
可以推算出待测物质7中某一物质的浓度a2。
图3所示是整个检测装置的结构。在光声吸收腔1中放置有共振管4-1、石英音叉4-2和移动样品池1-5,待测物质放置于移动样品池1-5中,激发光源2发射激发光A,通过激发光聚焦透镜M1聚焦,再通过激发光入射窗1-4照射到待测物质上;然后打开检测光源3,激光光源3发射检测光B,检测光B首先通过调制器3-2,调制频率为f0/2的整数倍,其中f0是石英音叉4-2的共振频率,该共振频率为32.76kHz。
调制器3-2的调制频率信号被输入锁相放大器5-2中,检测光B通过调制器3-2后再经过检测光聚焦透镜M2聚光,透过入射窗口1-2入射到共振管4-1中,再被纳米粒子吸收而激发声波引起石英音叉4-2的振动;石英音叉4-2的信号首先被输入到一个前置放大器5-1中,然后再输入到锁相放大器5-2中进行检波,锁相放大器5-2中的信号输入到主机6中进行数据采集,其中主机6通过激发光源控制器2-1和检测光源控制器3-1而实现对激发光源2和检测光源3的光强或者开关的控制作用。
调制器3-2根据需要选择电光调制器、声光调制器或磁光调制器等;
激发光源2和检测光源3可以是紫外光激光器、可见光激光器或者红外光激光器,可以是半导体激光器、气体激光器或者固体激光器,可以是连续激光器或者脉冲激光器,可选范围很广,不做限制。
实施例2
如图4所示是调制方式不同的检测装置结构。其中检测光源3为半导体激光器,其输入端与检测光源控制器3-1相连,检测光源控制器3-1分别与函数发生器3-3和主机6相连,主机6通过检测光源控制器3-1实现对检测光源3的开关控制,同时函数发生器3-3通过检测光源控制器3-1提供调制信号给检测光源3,调制频率为f0/2的整数倍;主机6与锁相放大器5-2相连,锁相放大器5-2与函数发生器3-3以及前置放大器5-1相连,前置放大器5-1与石英音叉4-2的输出端相连。其余结构与实施例1同。
函数发生器3-3输出调制的正弦信号,同时主机6通过检测光源控制器3-1控制检测光源3的工作电流步进增加,如以0.1mA的电流进行增加,这样检测光B波长就随电流变化,从而得到待测物质的二次谐波吸收谱,进而推算物质的含量。
应理解,上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于供本领域技术人员了解本实用新型的内容并据以实施,并非具体实施方式的穷举,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种石英音叉式激光击穿检测装置,其特征在于:包括光声吸收腔(1)、激发光源(2)、激发光源控制器(2-1)、检测光源(3)、检测光源控制器(3-1)、检测光调制单元、石英音叉探测器(4)、信号放大单元(5)和主机(6),其中:
所述光声吸收腔(1)包括腔体(1-1)、入射窗口(1-2)、激发光入射窗(1-4)、样品池以及气口(1-6);腔体(1-1)上设置可关闭的气口(1-5),一端设置有入射窗口(1-2),关闭气口(1-6)后光声吸收腔(1)为密封腔;腔体(1-1)留有激发光入射窗(1-4);激发光源(2)的激发光(A)通过激发光聚焦透镜(M1)后从激发光入射窗(1-4)入射光声吸收腔(1),检测光源(3)的检测光(B)通过检测光聚焦透镜(M2)后从入射窗口(1-2)入射光声吸收腔(1);
所述石英音叉探测器(4)位于光声吸收腔(1)内,包括共振管(4-1)和石英音叉(4-2);共振管(4-1)轴线与所述检测光(B)光路同轴,共振管(4-1)下部有一个开口槽(411);石英音叉(4-2)位于所述开口槽(411)处,其两个振臂(421)分置于共振管(4-1)轴线两侧,振臂(421)平面与共振管(4-1)轴线平行;共振管(4-1)上还设置有径向贯通管身的两个透光口(412);
所述样品池位于腔体(1-1)中,待测物质(7)置于样品池中,通过激发光入射窗(1-4)入射的激发光(A)穿过共振管(4-1)上的两个透光口(412)后对准下方的样品池;
所述激发光源控制器(2-1)连接控制激发光源(2);所述检测光源控制器(3-1)连接控制检测光源(3);主机(6)连接激发光源控制器(2-1)、检测光源控制器(3-1)和信号放大单元(5);检测光调制单元设置于检测光源(3)出射光路中或连接调制检测光源控制器(3-1)。
2.根据权利要求1所述的石英音叉式激光击穿检测装置,其特征在于:所述检测光调制单元为调制器(3-2),设置于检测光源(3)和检测光聚焦透镜(M2)之间,与信号放大单元(5)相连。
3.根据权利要求2所述的石英音叉式激光击穿检测装置,其特征在于:所述调制器(3-2)为电光调制器、声光调制器或磁光调制器。
4.根据权利要求1所述的石英音叉式激光击穿检测装置,其特征在于:所述检测光调制单元为函数发生器(3-3),函数发生器(3-3)连接控制检测光源控制器(3-1),并与信号放大单元(5)相连。
5.根据权利要求4所述的石英音叉式激光击穿检测装置,其特征在于:所述检测光源(3)为半导体激光器。
6.根据权利要求1至5任一项所述的石英音叉式激光击穿检测装置,其特征在于:所述样品池为移动样品池(1-5)。
7.根据权利要求1至5任一项所述的石英音叉式激光击穿检测装置,其特征在于:所述信号放大单元(5)由前置放大器(5-1)和锁相放大器(5-2)组成,石英音叉(4-2)信号输出端连接前置放大器(5-1),锁相放大器(5-2)同时连接检测光调制单元、主机(6)和前置放大器(5-1)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201520368192.1U CN204989015U (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201520368192.1U CN204989015U (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN204989015U true CN204989015U (zh) | 2016-01-20 |
Family
ID=55123372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201520368192.1U Withdrawn - After Issue CN204989015U (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN204989015U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104833660A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-08-12 | 南京先进激光技术研究院 | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 |
-
2015
- 2015-06-01 CN CN201520368192.1U patent/CN204989015U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104833660A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-08-12 | 南京先进激光技术研究院 | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 |
CN104833660B (zh) * | 2015-06-01 | 2017-10-17 | 南京先进激光技术研究院 | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104237135B (zh) | 基于石英音叉增强型光声光谱技术的co气体检测系统及方法 | |
US11073469B2 (en) | Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy gas detection apparatus and method based on beat effect | |
CN2874476Y (zh) | 基于光学整流的太赫兹时域光谱仪 | |
CN107271368A (zh) | 一种内腔增强型光声光谱式痕量气体传感器装置 | |
CN104833660A (zh) | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 | |
CN104280340B (zh) | 基于led光源并采用电学调制相消法的气体探测装置及方法 | |
CN104849214A (zh) | 一种基于石英音叉增强的多组分光声光谱气体传感装置 | |
CN104697933B (zh) | 三通道声学谐振腔光声光谱传感装置 | |
EP1906169A1 (en) | Gas detection method and gas detection device | |
CN104237154A (zh) | 基于光声光谱技术的大气温室气体中甲烷和二氧化碳的检测装置 | |
WO2008067282A2 (en) | Sono-photonic gas sensor | |
CN105954213A (zh) | 一种检测时间分辨瞬态吸收光谱的装置及方法 | |
CN107560730A (zh) | 双腔式光声光谱仪 | |
CN110333190A (zh) | 一种扩散式光声微腔气体传感器 | |
CN104880411A (zh) | 一种谐振腔内石英音叉气体检测装置 | |
CN109994917A (zh) | 一种宽频强场太赫兹脉冲辐射源产生和探测装置 | |
CN104914076B (zh) | 一种光声式激光击穿检测装置 | |
CN104849245A (zh) | 一种吸收腔式激光击穿检测装置 | |
CN204989015U (zh) | 一种石英音叉式激光击穿检测装置 | |
CN109781656B (zh) | 基于太赫兹的水蒸气检测系统及检测方法 | |
CN204630919U (zh) | 一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统 | |
CN107478603B (zh) | 一种便携非接触式激光酒精测量方法 | |
CN206740639U (zh) | 利用光声光谱法检测氨气气体检测装置 | |
CN103163087B (zh) | 利用光声光谱法检测硫酰氟气体残留浓度的方法 | |
CN104914050A (zh) | 一种提高光声光谱检测灵敏度的装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
AV01 | Patent right actively abandoned | ||
AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20160120 Effective date of abandoning: 20171017 |