專利名稱：能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及光聲氣體檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種在光聲氣體檢測中能降低環(huán)境噪聲
影響的光聲氣體檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
光聲氣體檢測是一種基于光聲光譜效應(yīng)檢測氣體濃度的方法。光聲效應(yīng)是物質(zhì)吸 收調(diào)制光能后產(chǎn)生聲信號(hào)的效應(yīng)，是一種由光能轉(zhuǎn)變成熱能、熱能轉(zhuǎn)化成聲信號(hào)的效應(yīng)。光 聲氣體檢測裝置主要由光源(如激光器)、光聲池、聲傳感器(如微音器)和信號(hào)檢測處理 模塊四部分構(gòu)成。光源發(fā)射強(qiáng)度受到調(diào)制的光，射入光聲池，光聲池內(nèi)的氣體因間歇吸收光 能而形成聲波，聲傳感器檢測聲信號(hào)并傳給信號(hào)檢測處理模塊，根據(jù)預(yù)先建立的聲強(qiáng)與標(biāo) 準(zhǔn)氣體濃度之間的關(guān)系，可以檢測未知?dú)怏w的濃度。 光聲氣體檢測中采用微音器測量聲音信號(hào)，此聲音信號(hào)包括光聲信號(hào)和外界(環(huán) 境)噪聲信號(hào)，噪聲信號(hào)將限制氣體濃度的檢測精度和最低檢測水平。為提高系統(tǒng)檢測靈 敏度，必須設(shè)法降低噪聲電壓水平。外界環(huán)境中的隨機(jī)信號(hào)具有較大的不確定性，并且當(dāng)噪 聲信號(hào)較大時(shí)將會(huì)使微音器檢測到的信號(hào)發(fā)生較大的偏移?，F(xiàn)在普遍采用鎖相放大器消除 光聲信號(hào)中的噪聲，但是鎖相放大器不能濾除與光聲信號(hào)同頻同相的噪聲。與光聲信號(hào)同 頻的持續(xù)噪聲信號(hào)和沖擊噪聲信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致氣體濃度出現(xiàn)持續(xù)的偏差或者突變，給氣體檢 測帶來不利的影響。 瑞士西門子公司在其中國發(fā)明專利01803079. 3提出"光聲測量裝置及其應(yīng)用"， 其方法適用于報(bào)警閾值判斷，要求具備參考池，而且不適用于寬動(dòng)態(tài)范圍(從極低濃度，如 ppt或者ppm至100% )的精確測量。 荷蘭飛利浦皇家電子股份有限公司申請(qǐng)的中國發(fā)明專利200580045418. 3提出
"光聲檢測器中背景聲信號(hào)的抑制"，主要使用了腔壁上的透明導(dǎo)電涂層和第二束光，使其 在腔壁及窗口的背景噪聲的相位，與第一束光的背景噪聲位相相反，從而達(dá)到消除光聲腔 內(nèi)部背景噪聲的目的；但其不能消除環(huán)境噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種能在光聲氣體檢測中有效降低環(huán)境 噪聲干擾的光聲氣體檢測裝置，以及一種能在光聲氣體檢測中有效降低環(huán)境噪聲干擾的方 法，增強(qiáng)光聲氣體檢測的環(huán)境適應(yīng)能力，提高光聲氣體檢測的精度和可靠性，有利于氣體檢 測儀的小型化。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置，包括光聲池， 在光聲池的共振段內(nèi)安裝內(nèi)微音器，在共振段外安裝光源，使光源的光線可以穿過共振段； 在光聲池的一端設(shè)置進(jìn)氣端口 ，另一端設(shè)置出氣端口 ，在所述光聲池外安裝有外微音器，內(nèi) 微音器和外微音器均通過信號(hào)傳輸線路與后端信號(hào)處理電路連接，后端信號(hào)處理電路通過 信號(hào)傳輸線路與處理器連接。
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在所述共振段的兩端分別設(shè)置進(jìn)氣緩沖室和出氣緩沖室，所述進(jìn)氣端口和出氣端
口分別設(shè)置在進(jìn)氣緩沖室和出氣緩沖室的側(cè)面。 所述進(jìn)氣緩沖室和出氣緩沖室內(nèi)部均為方形。 —種利用所述的能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置檢測光聲氣體的方法，包括 如下步驟 第一步，在光聲池外設(shè)置一噪聲源，產(chǎn)生一系列強(qiáng)度的噪聲信號(hào)，內(nèi)微音器和外微 音器采集信號(hào)，并將采集到的信號(hào)送入后端信號(hào)處理電路，得出同頻同相的噪聲信號(hào)幅值； 通過測量一組內(nèi)微音器的噪聲信號(hào)&和外微音器的噪聲信號(hào)N2，求出噪聲從光聲池外傳入 內(nèi)部的衰減系數(shù)f(N》； 第二步，驅(qū)動(dòng)光聲池中的光源發(fā)光，光的波長為被測氣體吸收波長并且頻率為共 振段的共振頻率，內(nèi)微音器和外微音器采集信號(hào)； 第三步，將內(nèi)微音器和外微音器采集的信號(hào)送入后端信號(hào)處理電路，得出與共振 段共振頻率一致的信號(hào)，在處理器中按照公式K = N2f(N2)計(jì)算得到有用的光聲信號(hào)。
所述噪聲源設(shè)置在光聲池外部。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過在光聲池外設(shè)置外微音器，用外微音器檢 測到的信號(hào)，校正光聲池中內(nèi)微音器檢測到的信號(hào)中的環(huán)境噪聲，增強(qiáng)光聲氣體檢測的環(huán) 境適應(yīng)能力，提高光聲氣體檢測的精度和可靠性；使用外微音器標(biāo)定內(nèi)微音器中測到的噪 聲信號(hào)，能消除內(nèi)微音器中與光聲信號(hào)同頻同相的噪聲信號(hào)，能有效降低外界噪聲對(duì)光聲 氣體檢測儀精度的影響，增加光聲氣體檢測儀的環(huán)境適應(yīng)能力，又有利于氣體檢測儀的小 型化。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖l是本發(fā)明的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。 本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只 是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。 如圖1所示，一種能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置，包括光聲池，在光聲池的 共振段5內(nèi)的中部安裝內(nèi)微音器3，外微音器4安裝在光聲池外，在共振段5外安裝光源2， 在共振段5的一端設(shè)置進(jìn)氣端口 8，在共振段5的另一端設(shè)置出氣端口 9，內(nèi)微音器3和外 微音器4均通過信號(hào)傳輸線路與后端信號(hào)處理電路10連接，后端信號(hào)處理電路10通過信 號(hào)傳輸線路與處理器ll連接。 為了減少從進(jìn)氣端口 8和出氣端口 9進(jìn)入光聲池的環(huán)境噪聲，還可在共振段的兩 端分別設(shè)置進(jìn)氣緩沖室6和出氣緩沖室7，進(jìn)氣緩沖室6和出氣緩沖室7內(nèi)部為立方形，進(jìn) 氣端口 8和出氣端口 9分別設(shè)置在進(jìn)氣緩沖室6和出氣緩沖室7。
—種能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測方法，包括如下步驟 1)按照?qǐng)D1所示的示意圖安裝好光聲池，內(nèi)微音器3和外微音器4的位置固定； 然后將被測氣體從進(jìn)氣端口 8進(jìn)入到進(jìn)氣緩沖室6中，然后氣體經(jīng)過共振段5后，進(jìn)入到出 氣緩沖室7，氣體從出氣端口 9排出；從進(jìn)氣端口 8和出氣端口 9進(jìn)入光聲池的環(huán)境噪聲， 在經(jīng)過進(jìn)氣緩沖室6和出氣緩沖室7后，噪聲信號(hào)將被大大消減。 2)在光聲池外人為地設(shè)置一噪聲源，產(chǎn)生一系列強(qiáng)度的噪聲信號(hào)。為了使內(nèi)微音 器3和外微音器4采集到的信號(hào)不受噪聲源位置的影響，應(yīng)將噪聲源設(shè)置在光聲池之外較 遠(yuǎn)距離處，該距離應(yīng)大于光聲池尺寸。將內(nèi)微音器3和外微音器4中采集到的信號(hào)送入后 端信號(hào)處理電路10，進(jìn)行鎖相放大得出同頻同相的噪聲信號(hào)，根據(jù)此信號(hào)強(qiáng)度可以得出內(nèi) 微音器3的噪聲信號(hào)K和外微音器4中的噪聲信號(hào)N2的一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，用公式表述為
^ = ^織) (1) 式中f (N2)是噪聲信號(hào)K的一個(gè)函數(shù)，是噪聲從光聲池外傳入內(nèi)部的衰減系數(shù)，與 光聲池的密封性能有關(guān)；通過人為改變環(huán)境噪聲，達(dá)到改變N2的目的；通過測量一組K和 N2的的對(duì)應(yīng)關(guān)系，求出f(N2)。 3)驅(qū)動(dòng)光聲池中的光源2發(fā)光，光的波長為被測氣體吸收波長并且頻率為共振段 5的共振頻率，光源2發(fā)出的光沿共振段5的中心射入共振段中，被待測氣體吸收，然后氣體 發(fā)生熱膨脹，氣體振動(dòng)的頻率與光源的強(qiáng)度調(diào)制頻率均為共振段的共振頻率，此時(shí)產(chǎn)生光 聲信號(hào)被內(nèi)微音器3采集，此時(shí)內(nèi)微音器3中采集到的信號(hào)包括光聲信號(hào)和噪聲信號(hào)兩部 分，外微音器4檢測環(huán)境中的噪聲信號(hào)。 4)將內(nèi)微音器3和外微音器4的信號(hào)送入后端信號(hào)處理電路10，利用鎖相放大電 路檢測出與共振段5共振頻率一致的信號(hào)，在處理器11中將內(nèi)微音器3和外微音器4經(jīng)過 鎖相放大后的同頻信號(hào)按照公式(1)計(jì)算得到有用的光聲信號(hào)。 本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
一種能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置，包括光聲池，在光聲池的共振段內(nèi)安裝內(nèi)微音器，在共振段外安裝光源，使光源的光線可以穿過共振段；在光聲池的一端設(shè)置進(jìn)氣端口，另一端設(shè)置出氣端口，其特征在于在所述光聲池外安裝有外微音器，內(nèi)微音器和外微音器均通過信號(hào)傳輸線路與后端信號(hào)處理電路連接，后端信號(hào)處理電路通過信號(hào)傳輸線路與處理器連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置，其特征在于在所述 共振段的兩端分別設(shè)置進(jìn)氣緩沖室和出氣緩沖室，所述進(jìn)氣端口和出氣端口分別設(shè)置在進(jìn) 氣緩沖室和出氣緩沖室的側(cè)面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置，其特征在于所述進(jìn) 氣緩沖室和出氣緩沖室內(nèi)部均為方形。
4. 一種利用權(quán)利要求1所述的能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置檢測光聲氣體的 方法，其特征在于包括如下步驟第一步，在光聲池外設(shè)置一噪聲源，產(chǎn)生一系列強(qiáng)度的噪聲信號(hào)，內(nèi)微音器和外微音器 采集信號(hào)，并將采集到的信號(hào)送入后端信號(hào)處理電路，得出同頻同相的噪聲信號(hào)幅值；通過 測量一組內(nèi)微音器的噪聲信號(hào)^和外微音器的噪聲信號(hào)^，求出噪聲從光聲池外傳入內(nèi)部 的衰減系數(shù)f(N2);第二步，驅(qū)動(dòng)光聲池中的光源發(fā)光，光的波長為被測氣體吸收波長并且頻率為共振段 的共振頻率，內(nèi)微音器和外微音器采集信號(hào)；第三步，將內(nèi)微音器和外微音器采集的信號(hào)送入后端信號(hào)處理電路，得出與共振段共 振頻率一致的信號(hào)，在處理器中按照公式^ =N2f(N2)計(jì)算得到有用的光聲信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測光聲氣體的方法，其特征在于所述噪聲源設(shè)置在光聲 池外部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置，以及一種利用能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置檢測光聲氣體的方法，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過在光聲池外設(shè)置外微音器，用外微音器檢測到的信號(hào)，校正光聲池中內(nèi)微音器檢測到的信號(hào)中的環(huán)境噪聲，增強(qiáng)光聲氣體檢測的環(huán)境適應(yīng)能力，提高光聲氣體檢測的精度和可靠性；使用外微音器標(biāo)定內(nèi)微音器中測到的噪聲信號(hào)，能消除內(nèi)微音器中與光聲信號(hào)同頻同相的噪聲信號(hào)，能有效降低外界噪聲對(duì)光聲氣體檢測儀精度的影響，既增加光聲氣體檢測儀的環(huán)境適應(yīng)能力，又有利于氣體檢測儀的小型化。
文檔編號(hào)G01N21/17GK101718680SQ20091031051
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者樂莉, 余玉江, 劉先勇, 王壽全, 胡文, 蒙瑰, 鄭成坤, 郭瀟 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué);四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司