CN211602897U - 一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，包括有样品光声池和激光器主体，所述样品光声池包括有样品入射窗和样品出射窗，所述样品入射窗一侧设置有的样品缓冲室与样品谐振腔相接通，所述样品谐振腔一侧设置有的第一声音传感器依次与第一前置放大器、第一锁相放大器、采集单元电性连接，所述样品出射窗一侧与参考池固定连接，参考池包括有的第二声音传感器依次与第二前置放大器、第二锁相放大器、测控单元电性连接，所述激光器主体分别与采集单元和测控单元电性连接。本实用新型通过对激光器波长和调制频率进行监测与调控，从而提高痕量气体检测值的准确度，同时通过设置缓冲室与谐振腔配合使用，来降低光声信号的衰减。
Description
技术领域
本实用新型涉及光声光谱检测装置中光声池结构技术领域，具体为一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构。
背景技术
基于光声光谱技术变压器油中痕量气体检测一般常用可调谐半导体激光二极管，其输出波长单一，但缺点是输出波长易于发生漂移。由于待测样品气体分子只可以吸收特定波长的光子，一旦激光输出波长偏移，待测样品气体分子对此波长一般不具有吸收特性，无法产生光声效应，也就检测不到麦克风信号。为了解决这个问题，有专利将激光输出波长在一段范围内来回扫描变化，确保经过需要的特征吸收波长。这样做的缺点是待测气体有效吸收时间很短，在光声检测中麦克风的有效信号比较小，检测灵敏度降低。除了激光波长扫描的方法外还可以增加一个红外光谱仪对激光波长进行监测，这个方法是有效可控的，缺点是成本会增加很多，检测器的体积也会增大。因此如何及时发现激光器输出波长发生了偏移并及时纠偏是影响检测结果的重要问题。
前面提到光声光谱检测中只有待测气体的膨胀和收缩的频率与光声池的特征频率一致，才能发生共振，麦克风传感器才能输出较强的信号，否则麦克风传感器信号会很弱，难以检测。然而在实际的检测中温度、压力、湿度等条件的变化都可能造成特征共振频点漂移，一旦发生漂移，光声共振效果就会发生显著减弱，麦克风传感器输出信号降低，如果以此时的麦克风传感器输出信号作为检测信号的话，检测值就会偏低，误差很大，同时还需要注意谐振腔内表面上的粘滞和热传导造成光声波的衰减。因此，我们需要提供一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，通过对光声光谱检测器中的激光器波长和调制频率进行监测与调控，从而提高变压器油中痕量气体检测值的可信度和准确度，同时通过设置缓冲室与谐振腔配合使用，来降低光声信号的衰减，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，包括有样品光声池、参考光声池和激光器主体，所述样品光声池包括有样品入射窗，所述样品入射窗的一侧设置有样品缓冲室，所述样品缓冲室的上端接通有样品进气口，且所述样品进气口上固定安装有第一阀门，所述样品缓冲室的一侧接通有样品谐振腔，所述样品谐振腔的一端通过样品缓冲室与样品出气口相接通，且所述样品缓冲室的一侧还设置有样品出射窗，且所述样品出气口上固定安装有第二阀门，所述样品谐振腔的一侧设置有第一声音传感器，所述第一声音传感器的一端通过导线与第一前置放大器电性连接，所述第一前置放大器的一端通过导线与第一锁相放大器电性连接，所述第一锁相放大器的一端通过导线与采集单元电性连接，所述参考光声池包括有参考入射窗，所述参考入射窗的一侧与样品出射窗固定连接，所述参考入射窗的一侧设置有参考缓冲室，所述参考缓冲室的上端接通有参考进气口，所述参考进气口上固定安装有第三阀门，所述参考缓冲室的一侧接通有参考谐振腔，所述参考谐振腔的一端通过参考缓冲室与参考出气口相接通，且所述参考缓冲室的一侧还设置有参考出射窗，且所述参考出射窗的一侧设置有光陷阱，且所述参考出气口上固定安装有第四阀门，所述参考谐振腔的一侧设置有第二声音传感器，所述第二声音传感器的一端通过导线与第二前置放大器电性连接，所述第二前置放大器的一端通过导线与第二锁相放大器电性连接，所述第二锁相放大器的一端通过导线与测控单元电性连接，所述测控单元的一端通过导线与存储装置电性连接，所述激光器主体的一端设置有激光发生头，所述激光发生头通过光纤连接样品入射窗，所述激光器主体的一侧设置有温控单元，且所述激光器主体的一端通过导线与频率调制单元电性连接，且所述激光器主体通过导线分别与采集单元和测控单元电性连接。
优选的，所述温控单元包括有温控芯片，所述温控芯片型号为WTC3243。
优选的，所述测控单元设置有声光报警装置。
优选的，所述第一声音传感器和第二声音传感器均为光纤声传感器。
优选的，所述样品缓冲室与样品谐振腔的横截面积的比值为大于或等于 5:1。
优选的，所述样品谐振腔的形状设置为圆柱形，且所述样品谐振腔的长度与其截面直径的比值为大于或等于10:1。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过对光声光谱检测器中的激光器波长和调制频率进行监测与调控，从而提高变压器油中痕量气体检测值的可信度和准确度，同时通过设置缓冲室与谐振腔配合使用，来降低光声信号的衰减。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型样品组的结构示意图；
图3为本实用新型参考组的结构示意图。
图中：1、样品光声池；101、样品进气口；102、样品出气口；103、第一阀门；104、第二阀门；105、第一声音传感器；106、样品入射窗；107、样品出射窗；108、样品缓冲室；109、样品谐振腔；2、参考光声池；201、参考进气口；202、参考出气口；203、第三阀门；204、第四阀门；205、第二声音传感器；206、参考入射窗；207、参考出射窗；208、参考缓冲室；209、参考谐振腔；210、光陷阱；3、第一前置放大器；4、第一锁相放大器；5、采集单元；6、第二前置放大器；7、第二锁相放大器；8、测控单元；801、存储装置；9、温控单元；10、频率调制单元；11、激光器主体；12、温控芯片；13、激光发生头；14、光纤。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，包括有样品光声池1、参考光声池2和激光器主体11，样品光声池1包括有样品入射窗106，样品入射窗106的一侧设置有样品缓冲室108，样品缓冲室108的上端接通有样品进气口101，且样品进气口101上固定安装有第一阀门103，样品缓冲室108的一侧接通有样品谐振腔109，样品谐振腔109的一端通过样品缓冲室108与样品出气口102相接通，且样品缓冲室108的一侧还设置有样品出射窗107，且样品出气口102上固定安装有第二阀门104，样品谐振腔109的一侧设置有第一声音传感器105，第一声音传感器105的一端通过导线与第一前置放大器3电性连接，第一前置放大器3 的一端通过导线与第一锁相放大器4电性连接，第一锁相放大器4的一端通过导线与采集单元5电性连接，参考光声池2包括有参考入射窗206，参考入射窗206的一侧与样品出射窗107固定连接，参考入射窗206的一侧设置有参考缓冲室208，参考缓冲室208的上端接通有参考进气口201，参考进气口 201上固定安装有第三阀门203，参考缓冲室208的一侧接通有参考谐振腔 209，参考谐振腔209的一端通过参考缓冲室208与参考出气口202相接通，且参考缓冲室208的一侧还设置有参考出射窗207，且参考出射窗207的一侧设置有光陷阱210，且参考出气口202上固定安装有第四阀门204，参考谐振腔209的一侧设置有第二声音传感器205，第二声音传感器205的一端通过导线与第二前置放大器6电性连接，第二前置放大器6的一端通过导线与第二锁相放大器7电性连接，第二锁相放大器7的一端通过导线与测控单元8电性连接，测控单元8的一端通过导线与存储装置801电性连接，激光器主体 11的一端设置有激光发生头13，激光发生头13通过光纤14连接样品入射窗 106，激光器主体11的一侧设置有温控单元9，且激光器主体11的一端通过导线与频率调制单元10电性连接，且激光器主体11通过导线分别与采集单元5和测控单元8电性连接。
在实际实施时：温控单元9包括有温控芯片12，温控芯片12型号为 WTC3243，测控单元8设置有声光报警装置，第一声音传感器105和第二声音传感器205均为光纤声传感器，方便检测时提高实用性，样品缓冲室108与样品谐振腔109的横截面积的比值为大于或等于5:1，样品谐振腔109的形状设置为圆柱形，且样品谐振腔109的长度与其截面直径的比值为大于或等于 10:1，可以有效的减少光声信号的衰减。
具体使用说明如下：在实际使用时，通过样品进气口101、样品出气口 102和参考进气口201、参考出气口202分别向样品光声池1和参考光声池2 内通入待测样品气体和参考标准气体，并依次关闭第二阀门104、第四阀门 204、第一阀门103和第三阀门203，打开激光器主体11，激光发生头13发出激光，激光通过光纤14从样品入射窗106射入，激光依次穿过待测样品气体、样品出射窗107、参考入射窗206、参考标准气体、参考出射窗207，最后进入光陷阱210，激光进入待测样品气体后，释放出热量使待测样品气体受热膨胀产生振动，通过第一声音传感器105检测到来获取样品谐振腔109内待测气体产生的声音信号，声音信号通过第一前置放大器3和第一锁相放大器4进行放大处理，并通过采集单元5获取待测样品气体的浓度VX，激光进入参考标准气体后，释放出热量使参考标准气体受热膨胀产生振动，通过第二声音传感器205检测到参考谐振腔209内声音信号，声音信号通过第二前置放大器6和第二锁相放大器7进行放大处理，并通过测控单元8获取参考标准气体的浓度V0，与参考标准气体的浓度预存标值V1进行比较，如果V0与 V1的差值小于设定值V2，则激光输出波长无需调整，如果V0与V1差值大于设定值V2，则激光发生头13输出波长需要调整，激光发生头13输出波长可以通过调整激光器主体11工作电流和工作温度来实现，使用测控单元8控制温控单元9来调整激光器主体的工作温度实现激光发生头13输出波长的调整。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，包括有样品光声池(1)、参考光声池(2)和激光器主体(11)，其特征在于：所述样品光声池(1)包括有样品入射窗(106)，所述样品入射窗(106)的一侧设置有样品缓冲室(108)，所述样品缓冲室(108)的上端接通有样品进气口(101)，且所述样品进气口(101)上固定安装有第一阀门(103)，所述样品缓冲室(108)的一侧接通有样品谐振腔(109)，所述样品谐振腔(109)的一端通过样品缓冲室(108)与样品出气口(102)相接通，且所述样品缓冲室(108)的一侧还设置有样品出射窗(107)，且所述样品出气口(102)上固定安装有第二阀门(104)，所述样品谐振腔(109)的一侧设置有第一声音传感器(105)，所述第一声音传感器(105)的一端通过导线与第一前置放大器(3)电性连接，所述第一前置放大器(3)的一端通过导线与第一锁相放大器(4)电性连接，所述第一锁相放大器(4)的一端通过导线与采集单元(5)电性连接，所述参考光声池(2)包括有参考入射窗(206)，所述参考入射窗(206)的一侧与样品出射窗(107)固定连接，所述参考入射窗(206)的一侧设置有参考缓冲室(208)，所述参考缓冲室(208)的上端接通有参考进气口(201)，所述参考进气口(201)上固定安装有第三阀门(203)，所述参考缓冲室(208)的一侧接通有参考谐振腔(209)，所述参考谐振腔(209)的一端通过参考缓冲室(208)与参考出气口(202)相接通，且所述参考缓冲室(208)的一侧还设置有参考出射窗(207)，且所述参考出射窗(207)的一侧设置有光陷阱(210)，且所述参考出气口(202)上固定安装有第四阀门(204)，所述参考谐振腔(209)的一侧设置有第二声音传感器(205)，所述第二声音传感器(205)的一端通过导线与第二前置放大器(6)电性连接，所述第二前置放大器(6)的一端通过导线与第二锁相放大器(7)电性连接，所述第二锁相放大器(7)的一端通过导线与测控单元(8)电性连接，所述测控单元(8)的一端通过导线与存储装置(801)电性连接，所述激光器主体(11) 的一端设置有激光发生头(13)，所述激光发生头(13)通过光纤(14)连接样品入射窗(106)，所述激光器主体(11)的一侧设置有温控单元(9)，且所述激光器主体(11)的一端通过导线与频率调制单元(10)电性连接，且所述激光器主体(11)通过导线分别与采集单元(5)和测控单元(8)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，其特征在于：所述温控单元(9)包括有温控芯片(12)，所述温控芯片(12)型号为WTC3243。
3.根据权利要求1所述的一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，其特征在于：所述测控单元(8)设置有声光报警装置。
4.根据权利要求1所述的一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，其特征在于：所述第一声音传感器(105)和第二声音传感器(205)均为光纤声传感器。
5.根据权利要求1所述的一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，其特征在于：所述样品缓冲室(108)与样品谐振腔(109)的横截面积的比值为大于或等于5:1。
6.根据权利要求1所述的一种光声光谱油气检测装置中的光声池结构，其特征在于：所述样品谐振腔(109)的形状设置为圆柱形，且所述样品谐振腔(109)的长度与其截面直径的比值为大于或等于10:1。
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Denomination of utility model: Photoacoustic cell structure in photoacoustic spectroscopy oil and gas detection device Effective date of registration: 20210616 Granted publication date: 20200929 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUBEI INFOTECH Co.,Ltd. Registration number: Y2021420000038 |
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Date of cancellation: 20220531 Granted publication date: 20200929 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUBEI INFOTECH CO.,LTD. Registration number: Y2021420000038 |
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