CN213843001U - 一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池，包括有光声池体，该光声池体内沿横向依次形成有相连通的第一窗口、第一缓冲腔、谐振腔、第二缓冲腔、第二窗口，且该光声池体的一端形成有进气通道、另一端形成有出气通道，光声池体上还形成有麦克风插槽，该麦克风插槽通过开音孔与谐振腔相连通；第一缓冲腔和第二缓冲腔的内侧壁上分别形成有若干组沿横向间隔分布的穿孔降噪结构，各组穿孔降噪结构均包括有一环形共振腔、及若干个绕圆周分布的微穿孔。本实用新型提供的穿孔降噪结构基于亥姆赫兹共振声学耦合原理，可以在一定程度上吸收调制的激光与光声池的窗口发生固体光声效应所产生的相干噪声，从而提升检测性能。

Description

一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池

技术领域

本实用新型涉及光声光谱气体检测技术领域，具体是涉及一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池。

背景技术

随着现代化工业进程的加快，痕量气体检测的重要性不言而喻，尤其是在环境领域，对于环境监测与监管离不开气体检测传感器，气体传感检测的方法非常多，每种方法都有各自的优缺点和适用性范围，其中光声光谱气体检测方法具有灵敏度高、频响范围宽、结构简单、光学元件少以及动态检测范围好等优点，目前广泛应用于环境监测、设备故障诊断以及公共危险源气体的检测。

光声池是光声光谱检测装置中最重要的核心部件之一，其性能的好坏直接影响着检测结果以及检测极限，因而设计与改善光声池的结构以获取更加优良的检测性能是当前的热点研究问题。国内外学者对此作出了很多研究，设计了诸多新型光声池形状，也获得较优的结果，以上研究为本实用新型的设计提供了重要科学基础。光声光谱气体检测过程中最重要的问题是光声池中的噪声，主要有环境噪声、电噪声、布朗(Brown)运动噪声等，针对微弱的光声信号而言，抗噪声设计尤为重要。诸多噪声可以通过相敏技术进行降噪处理，然而调制的激光与光声池的窗口发生固体光声效应所产生的相干噪声，这类噪声是不能通过相敏检测技术来消除的，只能通过一些技术来进行改善，如光声池选用高导热性的材料、保持窗片清洁无污染、尽量使光声池内壁足够光滑(抛光处理)，同时避免激光光源与光声池内壁接触。尽管上述方法可以使窗口产生的相干噪声得到一定改善，但是由于相干噪声的影响程度强烈，所以设计新型光声池以进一步消除其相干噪声是提升检测性能的关键。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池，可在一定程度上消除激光与光声池的窗口发生固体光声效应所产生的相干噪声，从而提升检测性能。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池，包括有光声池体，该光声池体内沿横向依次形成有相连通的第一窗口、第一缓冲腔、谐振腔、第二缓冲腔、第二窗口，且该光声池体的一端形成有与第一缓冲腔相连通的进气通道、另一端形成有与第二缓冲腔相连通的出气通道，且该光声池体上还形成有用于插入麦克风的麦克风插槽，该麦克风插槽通过开音孔与谐振腔相连通；

所述第一缓冲腔和第二缓冲腔的内侧壁上分别形成有若干组沿横向间隔分布的穿孔降噪结构，各组穿孔降噪结构均包括有一与第一缓冲腔同轴分布的环形共振腔、及若干个绕圆周分布且用于将第一缓冲腔和第二缓冲腔与对应的环形共振腔相连通的微穿孔。

在上述技术方案基础上，所述第一缓冲腔和第二缓冲腔的内侧壁上分别形成的穿孔降噪结构的数目N满足2≤N≤4；各组穿孔降噪机构中的微穿孔的数目n 满足6≤n≤12；

所述环形共振腔的内径R1满足(Rbuff+3)mm≤R1≤(Rbuff+5) mm,环型共振腔的外径R2满足(R1+2)mm≤R2≤(R1+4)mm，Rbuff为第一缓冲腔、第二缓冲腔的半径；所述微穿孔301形状为圆柱形，微穿孔的半径r满足1.5mm≤r≤3mm。

在上述技术方案基础上，所述光声池体包括有光声池外壳和谐振腔体，谐振腔体固定在光声池外壳内，且谐振腔形成在谐振腔体内；麦克风插槽包括形成在光声池外壳上的第一麦克风插槽和形成在谐振腔体上的第二麦克风插槽，第一麦克风插槽与第二麦克风插槽同轴分布地相连通，且开音孔形成在谐振腔体上。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：本技术方案中提供的穿孔降噪结构基于亥姆赫兹共振声学耦合原理，可以在一定程度上吸收调制的激光与光声池的窗口发生固体光声效应所产生的相干噪声，从而提升检测性能。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构全剖左视图；

图中标号为：1-光声池外壳、2-谐振腔体、3-微穿孔、4-环型共振腔、101- 第一缓冲腔、102-第一窗口、103-进气通道、104-第一麦克风插槽、105-出气通道、106-第二窗口、107-第二缓冲腔、201-谐振腔、202-第二麦克风插槽、203- 开音孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1、图2可知，一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池，包括光声池外壳1、谐振腔体2，谐振腔体2固定在光声池外壳1内以共同构成光声池体。

该光声池体内沿横向依次形成有相连通的第一窗口102、第一缓冲腔101、谐振腔201、第二缓冲腔107、第二窗口106，谐振腔201形成在谐振腔体2内，光声池外壳1的一端形成有与第一缓冲腔101相连通的用于通入气体的进气通道103、另一端形成有与第二缓冲腔107相连通的用于排出气体的出气通道105。

该光声池体上还形成有用于插入麦克风的麦克风插槽，该麦克风插槽通过开音孔203与谐振腔201相连通；光声池外壳1上形成有第一麦克风插槽104，谐振腔体2上形成有第二麦克风插槽202，第一麦克风插槽104与第二麦克风插槽 202同轴分布地相连通，且开音孔203形成在谐振腔体2上。上述有关第一窗口、第一缓冲腔、谐振腔、第二缓冲腔、第二窗口、麦克风插槽、开音孔的结构和工作原理均属于现有技术知识，此处不再赘述。同时，需要说明的是，通过演变、替代等手段而得到的有关上述第一窗口、第一缓冲腔、谐振腔、第二缓冲腔、第二窗口、麦克风插槽、开音孔的结构均属于本申请的保护范围之内，此处就不一一列举了。

待测气体从进气通道103流入第一缓冲腔101、第二缓冲腔107以及谐振腔 201内部，外部激光沿谐振腔体2轴向从第一窗口102依次经过谐振腔201和第二窗口106，待测气体吸收特定的激光波长的调制激光能量后转化成热能产生光声信号，由插在第一麦克风插槽104与第二麦克风插槽202中的高灵敏度麦克风采集声学信号，通过计算机后处理，实现对待测气体的检测。

而且，所述第一缓冲腔101和第二缓冲腔107的内侧壁上分别形成有若干组沿横向等间隔分布的穿孔降噪结构3，各组穿孔降噪结构3均包括有一与第一缓冲腔同轴分布的环形共振腔302、及若干个绕圆周分布且用于将第一缓冲腔101 和第二缓冲腔107与对应的环形共振腔302相连通的微穿孔301，微穿孔301和环型共振腔302对应地相通连接，环形共振腔302为环形腔体结构，微穿孔301 为圆柱状结构。此处的穿孔降噪结构3基于亥姆赫兹共振声学耦合原理，可以在一定程度上吸收调制的激光与光声池的窗口发生固体光声效应所产生的相干噪声，从而提升检测性能。

同时，第一缓冲腔101和第二缓冲腔107的内侧壁上分别形成的穿孔降噪结构3的数目N满足2≤N≤4；各组穿孔降噪机构3中的微穿孔301的数目n满足6≤n≤12；本实施例如图1所示，N＝3,n＝6；当然，在其他实施例中，N也可取2、 4，n也可取8、12，此处不再一一列举。而且，环形共振腔302的内径R1满足 (Rbuff+3)mm≤R1≤(Rbuff+5) mm,环型共振腔302的外径R2满足(R1+2)mm≤R2≤ (R1+4)mm，其中，Rbuff为第一缓冲腔101、第二缓冲腔107的半径；微穿孔301 的半径r满足1.5mm≤r≤3mm。通过优化微穿孔301与环形共振腔302的几何尺寸与数目以及匹配关系可以实现更好的降噪效果。

更好的是，光声池外壳1及穿孔降噪结构3是通过通过3D打印制作的，具体可以选择树脂或金属材质。通过3D打印技术，制作方便，可以提高检测信噪比，可提高光声光谱气体检测系统的灵敏度。

Claims (3)

1.一种带有穿孔环型腔的降噪式光声池，包括有光声池体，该光声池体内沿横向依次形成有相连通的第一窗口、第一缓冲腔、谐振腔、第二缓冲腔、第二窗口，且该光声池体的一端形成有与第一缓冲腔相连通的进气通道、另一端形成有与第二缓冲腔相连通的出气通道，且该光声池体上还形成有用于插入麦克风的麦克风插槽，该麦克风插槽通过开音孔与谐振腔相连通；

其特征在于：所述第一缓冲腔和第二缓冲腔的内侧壁上分别形成有若干组沿横向间隔分布的穿孔降噪结构，各组穿孔降噪结构均包括有一与第一缓冲腔同轴分布的环形共振腔、及若干个绕圆周分布且用于将第一缓冲腔和第二缓冲腔与对应的环形共振腔相连通的微穿孔。

2.根据权利要求1所述的带有穿孔环型腔的降噪式光声池，其特征在于：所述第一缓冲腔和第二缓冲腔的内侧壁上分别形成的穿孔降噪结构的数目N满足2≤N≤4；各组穿孔降噪机构中的微穿孔的数目n满足6≤n≤12；

所述环形共振腔的内径R1满足(Rbuff+3)mm≤R1≤(Rbuff+5) mm ,环型共振腔的外径R2满足(R1+2)mm≤R2≤(R1+4)mm，Rbuff为第一缓冲腔、第二缓冲腔的半径；所述微穿孔(301)形状为圆柱形，微穿孔的半径r满足1.5mm≤r≤3mm。

3.根据权利要求1所述的带有穿孔环型腔的降噪式光声池，其特征在于：所述光声池体包括有光声池外壳和谐振腔体，谐振腔体固定在光声池外壳内，且谐振腔形成在谐振腔体内；麦克风插槽包括形成在光声池外壳上的第一麦克风插槽和形成在谐振腔体上的第二麦克风插槽，第一麦克风插槽与第二麦克风插槽同轴分布地相连通，且开音孔形成在谐振腔体上。

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