本實用新型涉及光聲探測領(lǐng)域，特別是一種適用于工業(yè)過程中有毒有害氣體探測的、能夠探測高腐蝕性氣體的一種用于探測高腐蝕性氣體的簡易光聲探測器。

背景技術(shù)：

光聲光譜技術(shù)(PAS)是基于光聲(PA)效應(yīng)的一種光譜技術(shù)，作為光譜學(xué)的一個重要分支，與傳統(tǒng)光譜學(xué)不同的是該技術(shù)探測的不是光與物質(zhì)相互作用后的光信號而是聲信號，從而克服了傳統(tǒng)光譜法在樣品分析中存在的諸多困難。光聲光譜探測系統(tǒng)一般由光源、光聲池、聲信號檢測器構(gòu)成，其中聲信號檢測器中包含的聲壓信號的換能單元，對能夠檢測氣體的靈敏度和整體系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用。

目前用于光聲光譜探測的聲壓信號換能單元主要有以下幾種：電容式，石英音叉式，懸臂梁式。用一束強度可調(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，這種壓力波動可用靈敏的微音器或壓電陶瓷傳聲器檢測，并通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應(yīng)；若入射單色光波長可變，則可測到隨波長而變的光聲信號圖譜，這就是光聲光譜。對于氣體樣品，分子吸收激發(fā)光的能量后產(chǎn)生熱量，由此產(chǎn)生聲壓，基于光聲光譜的氣體檢測技術(shù)能夠針對各種有毒有害氣體的監(jiān)測，對氣體檢測技術(shù)的全面發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，但現(xiàn)有的光聲譜應(yīng)用中所使用的聲壓信號換能單元不具備某些特定的耐化學(xué)性，在實際應(yīng)用中與腐蝕性氣體直接接觸后立即無法使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型采用云母懸臂，在高濃度的HCl或HBr氣體中有較高的穩(wěn)定性，能夠滿足高耐化學(xué)性、又容易加工至幾十微米的尺度、表面具有足夠的反射能力和良好的光學(xué)質(zhì)量，使得在光電二極管探測器中產(chǎn)生較小的光斑。相比于石英音叉，懸臂梁微音器具有更高的靈敏度和動態(tài)范圍；相比傳統(tǒng)的微音器，懸臂梁微音器可實現(xiàn)高靈敏度 探測，同時全光解調(diào)的方式非常適合強電磁干擾環(huán)境的應(yīng)用，實現(xiàn)光聲光譜氣體檢測系統(tǒng)的集成化。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：

所述一種用于探測高腐蝕性氣體的簡易光聲探測器主要包括紅外激光器、紅外激光束、光聲池、能量計、懸臂、探針激光束、探針激光器、光電二極管探測器、差分放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、計算機，所述懸臂能夠振動，所述光電二極管探測器由四個硅二極管組成的單塊正交光電二極管單元構(gòu)成，兩個近鄰的光電二極管能夠探測所述探針激光束的位置，所述光電二極管探測器依次連接所述差分放大電路、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、所述紅外激光器，所述計算機連接于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和所述紅外激光器之間，所述能量計位于所述光聲池后側(cè)，所述懸臂采用云母材料并位于所述光聲池中，所述光電二極管探測器距離所述懸臂表面十厘米，所述紅外激光器發(fā)出的所述紅外激光束能夠進入所述光聲池，所述光聲池內(nèi)具有待測氣體，所述能量計為熱電感應(yīng)器，能夠測量每個激光脈沖的能量，并用于對光聲信號進行歸一化，所述探針激光束能夠直接照射于所述懸臂表面并反射到所述光電二極管探測器，通過傾斜所述光電二極管探測器能夠?qū)崿F(xiàn)信號區(qū)別的精密調(diào)整。

所述懸臂采用云母材料能夠適應(yīng)微機械或者精細技術(shù)的需要，能夠容易地解離到需要尺度的薄片，激光在其表面具有足夠的反射分量；所述紅外激光器當紅外激光調(diào)諧至吸收線，激光脈沖產(chǎn)生瞬時的壓力上升，通過所述光聲池內(nèi)的所述云母懸臂的偏向來探測；所述能量計為熱電感應(yīng)器，能夠測量每個激光脈沖的能量，并用于對光聲信號進行歸一化。

光聲激發(fā)，所述紅外激光器發(fā)出的所述紅外激光束進入所述光聲池，當池內(nèi)充入待測氣體后，氣體吸收激光能量，產(chǎn)生壓力波并傳到所述云母懸臂，光聲波壓力的大小與所述光聲池中氣體對激光能量的吸收程度直接相關(guān)，光吸收越強，則該處的光聲信號強度越高。

光學(xué)相干檢測，壓力波使得所述云母懸臂振動，腔外連續(xù)的所述探針激光束直接照射于所述云母懸臂表面并反射到所述光電二極管探測器，通過測量光電流信號之間的變化來反映所述云母懸臂的振動。

所述光電二極管探測器產(chǎn)生的電信號經(jīng)過所述差分放大電路放大后輸入所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，最終由計算機處理，以此可以得出所述云母懸臂振動的情況，從而判斷出所述光聲池中的氣體類型。

當沒有聲壓時，將探針激光光斑的位置調(diào)整至使得兩個光電二極管的輸出信號一致無差別，通過傾斜所述光電二極管探測器能夠?qū)崿F(xiàn)信號區(qū)別的精密調(diào)整。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型采用云母懸臂，適用于HCl或HBr等腐蝕性氣體；全光探測，安全有效，并適合易燃易爆環(huán)境的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡易，成本低。

附圖說明

下面結(jié)合本實用新型的圖形進一步說明：

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.紅外激光器，2.紅外激光束，3.光聲池，4.能量計，5.懸臂，6.探針激光束，7.探針激光器，8.光電二極管探測器，9.差分放大電路，10.數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，11.計算機。

具體實施方式

如圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，所述一種用于探測高腐蝕性氣體的簡易光聲探測器主要包括紅外激光器1、紅外激光束2、光聲池3、能量計4、懸臂5、探針激光束6、探針激光器7、光電二極管探測器8、差分放大電路9、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路10、計算機11，所述懸臂5能夠振動，所述光電二極管探測器8由四個硅二極管組成的單塊正交光電二極管單元構(gòu)成，兩個近鄰的光電二極管能夠探測所述探針激光束6的位置，所述光電二極管探測器8依次連接所述差分放大電路9、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路10、所述紅外激光器1，所述計算機11連接于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路10和所述紅外激光器1之間，所述能量計4位于所述光聲池3后側(cè)，所述懸臂5采用云母材料并位于所述光聲池3中，所述光電二極管探測器8距離所述懸臂5表面十厘米，所述紅外激光器1發(fā)出的所述紅外激光束2能夠進入所述光聲池3，所述光聲池3內(nèi)具有待測氣體，所述能量計4為熱電感應(yīng)器，能夠測量每個激光脈沖的能量，并用于對光聲信號進行歸一化，所述探針激光束6能夠直接照射于所述懸臂5表面并反射到所述光電二極管探測器8，通過傾斜所述光電二極管探測器8能夠?qū)崿F(xiàn)信號區(qū)別的精密調(diào)整。

所述懸臂5采用云母材料能夠適應(yīng)微機械或者精細技術(shù)的需要，能夠容易地解離到需要尺度的薄片，激光在其表面具有足夠的反射分量；所述紅外激光器1當紅外激光調(diào)諧至吸收線，激光脈沖產(chǎn)生瞬時的壓力上升，通過所述光聲池3內(nèi)的所述云母懸臂5的偏向來探測；所述能量計4為熱電感應(yīng)器，能夠測量每個激光脈沖的能量，并用于對光聲信號進行歸一化。

光聲激發(fā)，所述紅外激光器1發(fā)出的所述紅外激光束2進入所述光聲池3，當池內(nèi)充入待測氣體后，氣體吸收激光能量，產(chǎn)生壓力波并傳到所述云母懸臂5，光聲波壓力的大小與所述光聲池3中氣體對激光能量的吸收程度直接相關(guān)，光吸收越強，則該處的光聲信號強度越高。

光學(xué)相干檢測，壓力波使得所述云母懸臂5振動，腔外連續(xù)的所述探針激光束6直接照射于所述云母懸臂5表面并反射到所述光電二極管探測器8，通過測量光電流信號之間的變化來反映所述云母懸臂5的振動。

所述光電二極管探測器8產(chǎn)生的電信號經(jīng)過所述差分放大電路9放大后輸入所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路10，最終由計算機處理，以此可以得出所述云母懸臂5振動的情況，從而判斷出所述光聲池3中的氣體類型。

當沒有聲壓時，將探針激光光斑的位置調(diào)整至使得兩個光電二極管的輸出信號一致無差別，通過傾斜所述光電二極管探測器8能夠?qū)崿F(xiàn)信號區(qū)別的精密調(diào)整。