CN214374255U - 一种高精度光声光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度光声光谱仪，包括红外辐射光源、斩波器、滤光片轮和光声池，微音器设置在光声池中，用于检测待测气体吸收该红外光线后产生周期性的压力声波，并传输至所述控制电路板，所述控制电路板用于处理压力声波信号，并计算出组分分析结果；所述红外辐射光源外部包裹有导热外壳，所述导热外壳上设有测温元件及加热模块，所述测温元件实时检测导热外壳的温度，并发送给温控电路，所述温控电路控制加热模块的功率为导热外壳加热，当所述温控电路检测到温度信号达到稳定后，发送开始检测的信号至控制电路板，进行待测组分的检测分析。本发明能够提高光声光谱仪检测信号的稳定性，使组分测试结果更精准。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电检测装置，尤其涉及一种高精度光声光谱仪。
背景技术
光声光谱技术是一种研究物质吸收光谱的新技术，已经成为分子光谱学的一个重要分支。作为现代生物医学领域研究的一种有力的分析工具，光声光谱技术克服了组织散射特性对测量结果的影响，为生物组织样品的研究提供了一种灵敏度高、样品可不经预处理的无损有效检测方法。除此之外，光声光谱对多种微量气体具有极高的灵敏度，已广泛应用于石油化工、工业现场等领域，如特高压变压器油中溶解烷烃类气体的检测、工业有毒有害气体泄漏的检测等。
影响光声光谱仪检测信号稳定性的因素有很多，比如激励光源功率的稳定性、光声池的噪音干扰、微音器的性能、锁相电路的设计等。如何通过优化设计提高光声光谱仪检测信号的稳定性，很多方法被提出，也被广泛使用，但对激励光源功率稳定性的影响关注较少。光声光谱仪的激励光源通常分为两种：红外热辐射光源和半导体激光器。前者的成本低、信噪比低；后者的成本高、信噪比也高。但由于多组分测量的需求，激光器的成本急剧增加，所以大多数的系统中都集成的红外热辐射光源。综上，广泛用于多组分检测的光声光谱仪检测到的信号的稳定性比较差，稳定性亟待解决。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种高精度光声光谱仪，能够提高光声光谱仪检测信号的稳定性，使组分测试结果更精准。
技术方案：本发明所采用的技术方案是一种高精度光声光谱仪，包括红外辐射光源，以及延光线发射方向顺序排列的斩波器、滤光片轮和光声池，微音器设置在光声池中，所述光声池用于检测待测气体吸收该红外光线后产生的周期性压力声波信号，并传输至所述控制电路板，所述控制电路板中包括信号处理模块，用于处理压力声波信号，所述控制电路板还用于控制红外辐射光源、斩波器和滤光片轮的启停；所述红外辐射光源外部包裹有导热外壳，所述导热外壳上设有测温元件及加热模块，所述测温元件实时检测导热外壳的温度，并发送给温控电路，所述温控电路控制加热模块的功率为导热外壳加热。
所述温控电路采用PID算法控制加热模块的功率为导热外壳加热。
所述导热外壳采用高导热金属材料，如铝合金或铜。
所述加热模块为热电阻、电磁加热圈或TEC半导体加热片。
所述测温元件为热敏电阻或热电偶。
有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明能够有效控制加热模块的功率，从而使红外辐射光源达到稳定的设定温度，以此来消除红外辐射光源热稳定性影响带来的检测信号波动，提高光声光谱仪检测信号的稳定性。
附图说明
图1是常规的光声光谱仪结构示意图；
图2是本发明所述的高精度的光声光谱仪结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1中所示，是光声光谱仪的常规结构，包括红外辐射光源1，以及延光线发射方向顺序排列的斩波器2、滤光片轮3和光声池4，控制电路板6与红外辐射光源1、斩波器2，滤光片轮3电连接，用以控制上述结构的启停。微音器5设置在光声池4中，光声池4用于检测待测气体吸收该红外光线后产生周期性的压力声波，然后发送至控制电路板6。控制电路板6中包括信号处理模块，用于处理压力声波信号，并计算出组分分析结果。在多组分检测的研究中我们发现，这种常规的光声光谱仪除了现有已知的影响光声光谱仪检测信号稳定性的因素外，随着自身发热和周围热交换的存在，光源的稳定性随时间变化较大，由此提出一种改进的光声光谱仪。
本发明所述的高精度光声光谱仪是基于上述发现，在常规光声光谱仪的基础上进行改进形成。如附图2种所示的是在以上基础上改进的光声光谱仪装置，加热模块8产生热量并传到给导热外壳7，进而传输给红外辐射光源1，并使其加热，测温元件9实时检测导热外壳7的温度，并发送给温控电路10，经过PID算法的计算分析，有效控制加热模块8的功率，从而使红外辐射光源1达到稳定的设定温度，以此来消除红外辐射光源1热稳定性影响带来的检测信号波动，提高光声光谱仪检测信号的稳定性。当温控电路检测到温度信号达到稳定后，发送开始检测的信号至控制电路板，进行组分的检测分析。本方案中的检测分析方法采用现有的光声光谱分析方法，没有对这部分进行改进。红外辐射光源1发出的红外光线经过斩波器2后变成周期性的光，再经过滤光片轮3后进行特定的波长选择，最后特定波长特定周期的光线进入光声池4，其中的待测气体吸收该红外光线后产生周期性的压力声波，被微音器5检测到，并传输到控制电路板6，经过滤波和锁相放大等处理后可以得到有效的信号，从而计算出光声池4中待测气体的浓度。
该装置工作原理如下：导热外壳7将热量传导至红外辐射光源1，加热模块8对光源加热，测温元件9实时检测温度并发送给温控电路10，通过现有PID算法调整加热的功率，最终使红外辐射光源1恒定在设定的温度，达到稳定光源输出的目的后再进行检测，以提高检测精度。具体的，首先测温元件9实时检测导热外壳7的温度，并发送给温控电路10，温控电路10采用PID算法控制加热模块8的功率，为导热外壳7加热；然后，当温控电路10检测到温度信号达到稳定后，发送开始检测的信号至控制电路板6；最后，控制电路板6控制红外辐射光源1发出红外光线，红外光经过斩波器2后变成周期性发射的光线，再经过滤光片轮3后进行特定的波长选择，最后特定波长特定周期的光线进入光声池4，其中的待测气体吸收该红外光线后产生周期性的压力声波，被微音器5检测到，并传输到电路板6，经过滤波和锁相放大等处理后可以得到有效的信号，从而计算出光声池4中待测气体的浓度。
Claims (5)
1.一种高精度光声光谱仪，其特征在于：包括红外辐射光源（1），以及延光线发射方向顺序排列的斩波器（2）、滤光片轮（3）和光声池（4），微音器（5）设置在光声池（4）中，所述光声池（4）用于检测待测气体吸收该红外光线后产生的周期性压力声波信号，并传输至控制电路板（6），所述控制电路板（6）中包括信号处理模块，用于处理压力声波信号，所述控制电路板（6）还用于控制红外辐射光源（1）、斩波器（2）和滤光片轮（3）的启停；所述红外辐射光源（1）外部包裹有导热外壳（7），所述导热外壳（7）上设有测温元件（9）及加热模块（8），所述测温元件（9）实时检测导热外壳（7）的温度，并发送给温控电路（10），所述温控电路（10）控制加热模块（8）的功率为导热外壳（7）加热。
2.根据权利要求1所述的高精度光声光谱仪，其特征在于：所述温控电路（10）采用PID算法控制加热模块（8）的功率为导热外壳（7）加热。
3.根据权利要求1所述的高精度光声光谱仪，其特征在于：所述导热外壳（7）采用高导热金属材料，所述导热外壳（7）采用铝合金或铜。
4.根据权利要求1所述的高精度光声光谱仪，其特征在于：所述加热模块（8）采用热电阻、电磁加热圈或TEC半导体加热片。
5.根据权利要求1所述的高精度光声光谱仪，其特征在于：所述测温元件（9）为热敏电阻或热电偶。
Priority Applications (1)
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| CN202120288868.1U CN214374255U (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 一种高精度光声光谱仪 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214374255U true CN214374255U (zh) | 2021-10-08 |
Family
ID=77962341
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202120288868.1U Active CN214374255U (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 一种高精度光声光谱仪 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN214374255U (zh) |
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2021
- 2021-02-01 CN CN202120288868.1U patent/CN214374255U/zh active Active
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