一種諧振腔內(nèi)石英音叉氣體檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光譜測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種諧振腔內(nèi)石英音叉氣體檢測(cè)裝置，使用石英音叉通過光聲光譜實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]分子光譜學(xué)的氣體檢測(cè)技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好、可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，近年來備受人們關(guān)注，尤其是光聲光譜，更是具有對(duì)光源波長(zhǎng)無選擇性而被廣泛應(yīng)用。光聲光譜法是基于光聲效應(yīng)發(fā)展起來的光譜技術(shù)。用一束強(qiáng)度可調(diào)制的單色光照射到密封于光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，并以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質(zhì)按光的調(diào)制頻率產(chǎn)生周期性加熱，從而導(dǎo)致介質(zhì)產(chǎn)生周期性壓力波動(dòng)，這種壓力波動(dòng)可用靈敏的微音器檢測(cè)，并通過放大得到光聲信號(hào)，這就是光聲效應(yīng)；若入射單色光波長(zhǎng)可變，則可測(cè)到隨波長(zhǎng)而變的光聲信號(hào)圖譜，即為光聲光譜。
[0003]傳統(tǒng)的光聲光譜采用麥克風(fēng)對(duì)聲波進(jìn)行探測(cè)，2002年美國(guó)萊斯大學(xué)率先使用石英音叉代替麥克風(fēng)，使得裝置的體積大大減小，取得了理想的效果。目前的石英音叉式氣體檢測(cè)裝置還可進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有更高檢測(cè)靈敏度的諧振腔內(nèi)石英音叉氣體檢測(cè)裝置。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0006]一種諧振腔內(nèi)石英音叉氣體檢測(cè)裝置，包括諧振腔、吸收腔、石英音叉探測(cè)器、調(diào)制器、信號(hào)放大單元和主機(jī)，其中:外部入射或內(nèi)部栗浦激發(fā)的激光在所述諧振腔內(nèi)振蕩，以該激光作為檢測(cè)光；所述吸收腔與諧振腔一體或分立設(shè)置，吸收腔為留有氣口的密封腔體，位于檢測(cè)光光路中，所述調(diào)制器在檢測(cè)光光路中置于吸收腔前端；所述石英音叉探測(cè)器位于吸收腔內(nèi)，包括共振管和石英音叉；共振管軸線與所述檢測(cè)光光路同軸，共振管下部有一個(gè)開口槽；石英音叉位于所述開口槽處，其兩個(gè)振臂分置于共振管軸線兩側(cè)，振臂平面與共振管軸線平行；所述石英音叉信號(hào)輸出端連接信號(hào)放大單元，信號(hào)放大單元連接主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理。
[0007]—種優(yōu)選的，所述吸收腔與諧振腔分體設(shè)置，吸收腔位于諧振腔內(nèi)，吸收腔兩端分別設(shè)置透光的前窗口鏡和后窗口鏡，振蕩的檢測(cè)光經(jīng)前窗口鏡和后窗口鏡入射吸收腔。
[0008]優(yōu)選的，還包括栗浦光源和聚焦透鏡，所述諧振腔內(nèi)包括鈦寶石晶體，所述栗浦光源發(fā)出的栗浦光經(jīng)聚焦透鏡入射所述鈦寶石晶體，鈦寶石晶體在諧振腔內(nèi)出射激光，該激光為所述檢測(cè)光。
[0009]優(yōu)選的，所述諧振腔為四鏡Z型折疊腔，諧振腔由兩端第一反射鏡和輸出鏡構(gòu)成，中段設(shè)置轉(zhuǎn)折光路的第二反射鏡和第三反射鏡；所述鈦寶石晶體位于所述第二反射鏡和第三反射鏡之間，栗浦光透過第二反射鏡入射至鈦寶石晶體；所述吸收腔位于第三反射鏡和輸出鏡之間。
[0010]優(yōu)選的，所述第二反射鏡和第三反射鏡為曲率半徑相同的凹面鏡，用于在轉(zhuǎn)折諧振光路的同時(shí)起到聚焦作用。
[0011 ] 優(yōu)選的，諧振腔內(nèi)還設(shè)置有成布魯斯特角的棱鏡對(duì)，在諧振光路中補(bǔ)償色散。
[0012]另一種優(yōu)選的，所述吸收腔與諧振腔一體，吸收腔兩端平行設(shè)置前平面反射鏡和后平面反射鏡，兩反射鏡構(gòu)成F-P型諧振腔；檢測(cè)光自前平面反射鏡入射，在兩反射鏡間形成振蕩。
[0013]作為上述所有技術(shù)方案的優(yōu)選，所述信號(hào)放大單元由前置放大器和鎖相放大器組成，石英音叉信號(hào)輸出端連接前置放大器，鎖相放大器同時(shí)連接調(diào)制器、主機(jī)和前置放大器。調(diào)制器的調(diào)制頻率為&/2的整數(shù)倍，其中f。是石英音叉的共振頻率，調(diào)制器的調(diào)制頻率信號(hào)被輸入到鎖相放大器中作為參考信號(hào)，石英音叉的信號(hào)首先被輸入到前置放大器中，然后再輸入到鎖相放大器中依據(jù)參考信號(hào)檢波，鎖相放大器中的信號(hào)輸入到主機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0014]優(yōu)選的，所述調(diào)制器為電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器或磁光調(diào)制器。
[0015]本實(shí)用新型提供一種具有諧振腔的固態(tài)激光器或F-P腔結(jié)構(gòu)的光譜檢測(cè)裝置，激光在諧振腔內(nèi)部形成共振態(tài)，且只有小部分光透射出腔體，從而在諧振腔內(nèi)的光強(qiáng)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于腔外的光強(qiáng)，石英音叉探測(cè)器位于充滿待測(cè)氣體的密封的腔體內(nèi)，由于石英音叉的探測(cè)靈敏度又與光強(qiáng)成正比，所以本實(shí)用新型提供的裝置具有更高的靈敏度。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1氣體檢測(cè)裝置中的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型所述氣體檢測(cè)裝置中的石英音叉探測(cè)器放大結(jié)構(gòu)立體圖；
[0018]圖3為實(shí)施例1氣體檢測(cè)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為實(shí)施例2氣體檢測(cè)裝置吸收腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為實(shí)施例2氣體檢測(cè)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中:
[0022]1:諧振腔；1_1:栗浦光源；1_2:聚焦透鏡；1_3:鈦寶石晶體；1_4:棱鏡對(duì)；2:吸收腔；2-1:氣口 ；3:石英音叉探測(cè)器；3-1:共振管；311:開口槽；3-2:石英音叉；321:振臂；4:調(diào)制器；5:信號(hào)放大單元；5-1:前置放大器；5-2:鎖相放大器；6:主機(jī)；
[0023]Ml:第一反射鏡；M2:第二反射鏡；M3:第三反射鏡；M4:輸出鏡；W1:前窗口鏡；W2:后窗口鏡；R1:前平面反射鏡；R2:后平面反射鏡；
[0024]A:檢測(cè)光；P:栗浦光。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，以便更好地理解本實(shí)用新型。
[0026]實(shí)施例1
[0027]如圖1所示是本實(shí)施例的光學(xué)部分基本結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施例使用鈦寶石激光器提供諧振腔1，諧振腔I采用四鏡Z型折疊腔，吸收腔2位于諧振腔I中。
[0028]鈦寶石激光器主要由三個(gè)部分組成:栗浦光源1-1、增益介質(zhì)和諧振腔1，本實(shí)施例增益介質(zhì)采用鈦寶石晶體1-3。由栗浦光源1-1所發(fā)射的栗浦光P入射到鈦寶石晶體1-3上產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，射出激光，作為檢測(cè)光A ;第一反射鏡Ml和輸出鏡M4構(gòu)成諧振腔1，第一反射鏡Ml為平面鏡；腔內(nèi)兩個(gè)曲率半徑相同的凹面鏡，為第二反射鏡M2和第三反射鏡M3，兩個(gè)反射鏡在諧振腔I光路中起到聚焦作用；此外，在諧振腔I內(nèi)有專門的色散補(bǔ)償裝置，即一組成布魯斯特角的棱鏡對(duì)1-4，本實(shí)施例中棱鏡對(duì)1-4放在第二反射鏡M2和第一反射鏡Ml之間。
[0029]其中，栗浦光P的波長(zhǎng)為532nm或者514nm，輸出鏡M4對(duì)鈦寶石激光的透過率為5 %，第一反射鏡Ml和第三反射鏡M3對(duì)鈦寶石激光全反射，第二反射鏡M2對(duì)栗浦光P高透，對(duì)檢測(cè)光A高反，栗浦光P入射到第二反射鏡M2時(shí)首先由一個(gè)聚焦透鏡1-2聚焦；石英音叉探測(cè)器3就位于第三反射鏡M3和輸出鏡M4之間的吸收腔2內(nèi)。
[0030]如圖2所示是石英音叉探測(cè)器3的結(jié)構(gòu)立體圖。石英音叉探測(cè)器3主要由一支石英音叉3-2和一個(gè)共振管3-1組成，石英音叉3-2有兩個(gè)振臂321，振臂321平面與諧振腔I平行，石英音叉3-2受到外部的激勵(lì)后兩個(gè)振臂321會(huì)產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)。石英音叉3-2下部有兩個(gè)電極，一個(gè)與信號(hào)地連接，另外一個(gè)連接信號(hào)放大單元5用于輸出因振動(dòng)而產(chǎn)生的電信號(hào)。石英音叉3-2的兩個(gè)振臂321位于共振管3-1下部一個(gè)開口槽311處，共振管3_1的軸線與檢測(cè)光A光路同軸，檢測(cè)光A通過共振管3