專利名稱：溫度可控光聲吸收光譜測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度可控的氣體光聲吸收光譜測量裝置，尤其是一種聲學諧振腔內溫度可從-40°c到+90°C間連續可控的光聲光譜光聲池裝置。
背景技術：
大氣分子和氣溶膠的連續吸收不僅吸收信號弱，而且還具有溫度依賴特性，研究測量各種分子和氣溶膠在不同溫度下的吸收譜線特征，對大氣輻射傳輸、激光傳輸等有著重要的應用價值和意義。測量大氣分子和氣溶膠的連續吸收主要采用長程光譜技術，而對于長程技術要實現其溫度可控，不僅實現難度大，而且系統會十分復雜，也難以做到高的溫度穩定性。另外大的長程吸收光譜測量系統，吸收池內光軸方向會產生一定的溫度梯度，使吸收池內的溫度不均勻，會引入大的測量誤差。光聲光譜不同于直接吸收光譜，光聲光譜測量的是光被樣品吸收的能量，而不是透射光或反射光。在光聲光譜中，樣品分子吸收光能量后躍遷到高能級態并通過碰撞弛豫回到基態，同時把吸收的光能轉化為熱能。對光進行調制后產生的熱能也是周期性變化的， 由于熱脹冷縮效應，產生了壓力波，即聲波，用聲學傳感器進行探測就得到了光聲光譜。光聲光譜信號與光功率、樣品濃度和樣品吸收強度成比例，與光程無關，分子沒有吸收就沒有光聲光譜信號，是一種零背景光譜技術。所以光聲光譜系統的光聲池可以做的很小，其長度主要由所采用的聲學共振頻率條件確定，一般為5 10cm。同時，光聲光譜具有探測靈敏度高，動態范圍寬的特點。因此，光聲光譜系統不僅可以用很小的體積實現高靈敏度的探測， 小的體積還給溫度控制帶來了很大的便利，易于保證光聲池內的溫度均勻性。
發明內容
本發明主要是提供一種結構簡單、靈敏度高、溫度可控性強和溫度均勻性好的溫度可控低溫光聲吸收測量裝置，用于測量大氣分子和氣溶膠不同溫度下的光聲吸收光譜， 克服現有的溫度可控型直接吸收光譜樣品池體積大、溫度均勻性差等缺點。為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為一種溫度可控的光聲吸收光譜光聲池裝置，其特征在于包括光聲池主體(1)，所述光聲池主體(1)內設有貫通的聲學諧振腔(5)，聲學諧振腔( 兩端聯通有緩沖腔(6)和，所述光聲池主體⑴的外圍環繞有電加熱帶(39)；所述的光聲池主體⑴上設有光聲探測器插槽G4)和熱敏電阻插槽GO)和進氣口，熱敏電阻插槽GO)內安裝有熱敏電阻 (41)，光聲探測器插槽04)通向到聲學諧振腔(5)壁，光聲探測器插槽G4)內安裝有光聲探測器Gl)；所述的進氣口 G2)與緩沖腔(6)或(7)聯通；所述光聲池主體⑴的外周環繞布有冷卻水循環槽供光聲池主體(1)冷卻控溫，光聲池主體(1)的外壁上設有冷卻水循環槽的進水口(33)和出水口(34)；所述的緩沖腔(6)和(7)的外端口處分別安裝有窗片 ⑶和(9)，窗片⑶和(9)分別通過窗片壓蓋(35)和(36)固定于光聲池主體⑴的兩端；所述光聲池主體(1)的窗片壓蓋(3 和(36)外分別裝配有絕熱套筒(37)和(38)，光聲池主體(1)放置于絕熱盒O)內，絕熱套筒(37)和(38)分別由絕熱支座C3)和絕熱支座(4)支撐；絕熱盒(2)兩端板與窗片(8)、(9)對應部位分別開有通光孔。所述的冷卻水循環槽結構為由環繞布于光聲池主體(1)的外周的平行通孔 (10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)和(19)，回槽(20)、(21)、(22)、(23)、
(24),(25), (26), (27)和(28)構成，回槽(20)在前端連接平行通孔(10)和(11)，回槽 (21)在后端連接平行通孔(11)和(12)，回槽(22)在前端連接平行通孔(12)和(13)，回槽 (23)在后端連接平行通孔(13)和(14)，回槽(24)在前端連接平行通孔(14)和(15)，回槽
(25)在后端連接平行通孔(15)和(16)，回槽(26)在前端連接平行通孔(16)和(17)，回槽 (27)在后端連接平行通孔(17)和(18)，回槽(28)在前端連接平行通孔(18)和(19)；進水口(3 與平行通孔(10)無回槽端連通，出水口(34)與平行通孔(19)無回槽端連通；所述光聲池主體(1)兩端臺階部上墊有冷卻密封墊09)和(30)，通過密封法蘭(31)和(32) 固定，冷卻水從進水口 (33)流進，流經平行通孔(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、 (17)、(18)、(19)后從出水口 (34)流出。所述的溫度可控的光聲吸收光譜光聲池裝置，其特征在于緩沖腔(6)和(7)長度均為聲學諧振腔(5)長度的一半，內徑是聲學諧振腔(5)內徑的2倍以上。所述的溫度可控的光聲光譜光聲池裝置，其特征是平行通孔(10)、(11)、(12)、 (13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)、(19)位于聲學諧振腔(5)的外圍，與聲學諧振腔(5) 平行。所述聲學諧振腔(5)與所述光聲池主體同軸所述2個緩沖腔(6)、(7)用于消除窗片(8)、(9)生產的背景聲信號，與聲學諧振腔(5)同軸，長度均為聲學諧振腔(5)的一半；所述進氣口 02)垂直于聲學諧振腔(5)的軸，與所述緩沖腔(6)、(7)連通；所述進水口(33)和出水口(34)垂直于聲學諧振腔(5) 的軸，分別位于平行通孔的兩端；所述10個平行通孔(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、 (16)、(17)、(18)、(19)分布于聲學諧振腔(5)的外圍；所述9個回槽(20)、(21)、(22), (23), (24), (25), (26), (27)和(28)分布于平行通孔的兩端，分別連接兩兩相鄰的平行通孔，兩端的回槽相互錯開一個平行通孔的位置，使平行通孔兩兩連通，這樣冷卻水從所述進水口流進，流經各平行通孔后從所述出水口流出，這樣通過控制冷卻水可以調控聲學諧振腔內的溫度。所述光聲探測器插槽位于所述光聲池主體中間并垂直于所述聲學諧振腔的軸，與所述聲學諧振腔連通；所述熱敏電阻插槽垂直于聲學諧振腔的軸，接近所述聲學諧振腔但不連通。所述光聲探測器為自由場聲學傳感器，置于光聲探測器插槽內探測聲學諧振腔內光聲效應產生的聲信號；所述熱敏電阻置于熱敏電阻插槽內探測聲學諧振腔內的溫度；所述密封窗片分別置于緩沖腔的外端使腔內氣體與外界隔離，同時保證光束通過聲學諧振腔；所述窗片壓蓋用于把所述密封窗片固定在光聲池主體上。所述絕熱套筒置于窗片壓蓋外圍；所述窗片壓蓋置有吹氣孔，防止所述窗片外端凝結水氣；所述2個冷卻密封墊分別置于所述光聲池主體的平行通孔的兩端，防止所述平行通孔內的冷卻水流到所述光聲池主體外；所述2個密封法蘭分別把所述冷卻密封墊固定在所述光聲池主體上；所述加熱帶環繞于所述光聲池主體的外圍，用于加熱所述光聲池主體。這樣，本發明光聲光譜光聲池裝置通過冷卻水和電加熱帶，即可降溫也可加熱。本發明光聲池裝置具有體積小的特點，因此聲學諧振腔內的溫度具有穩定性高、均勻性高的特點，可用于測量不同溫度下的氣體分子吸收光聲光譜。
下面結合附圖對本發明的方式作進一步詳細的描述。圖1是本發明裝置的整體結構示意圖；圖2是圖1中的光聲池主體結構示意圖；圖3是圖2中的平行通孔(圖3-1)和回槽示意圖(圖3-2，圖3_3)。
具體實施例方式參見圖1、圖2和圖3 (包括圖3-1，圖3-2，圖3-3)光聲池主體(1)內設有貫通的聲學諧振腔( ，聲學諧振腔( 兩端聯通有緩沖腔 (6)和(7)，光聲池主體(1)的外圍環繞有電加熱帶(39)；光聲池主體(1)上設有光聲探測器插槽G4)和熱敏電阻插槽GO)和進氣口 02)；熱敏電阻插槽GO)內安裝有熱敏電阻 (41)，光聲探測器插槽04)通向到聲學諧振腔(5)壁，光聲探測器插槽G4)內安裝有光聲探測器Gl)；進氣口 G2)與緩沖腔(6)或(7)聯通；在光聲池主體⑴的外周環繞布有冷卻水循環槽供光聲池主體(1)冷卻，光聲池主體(1)的外壁上設有冷卻水循環槽的進水口 (33)和出水口 (34)；的緩沖腔(6)和(7)的外端口處分別安裝有窗片(8)和(9)，窗片(8) 和(9)分別通過窗片壓蓋(3 和(36)固定于光聲池主體(1)的兩端；光聲池主體(1)的窗片壓蓋(3 和(36)外分別裝配有絕熱套筒(37)和(38)，光聲池主體(1)放置于絕熱盒 ⑵內，絕熱套筒(37)和(38)分別由絕熱支座(3)和絕熱支座⑷支撐；絕熱盒(2)兩端板與窗片(8)、(9)對應部位分別開有通光孔。環繞布于光聲池主體(1)的冷卻水循環槽結構為外周的平行通孔(10)、(11)、 (12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)和(19)，回槽(20)、(21)、(22)、(23)、(24)、(25)、 (26)、(27)和(28)構成，回槽(20)在前端連接平行通孔(10)和(11)，回槽(21)在后端連接平行通孔(11)和(⑵，回槽(22)在前端連接平行通孔(12)和(13)，回槽(23)在后端連接平行通孔(13)和(14)，回槽(24)在前端連接平行通孔(14)和(15)，回槽(25)在后端連接平行通孔(15)和(16)，回槽(26)在前端連接平行通孔(16)和(17)，回槽(27)在后端連接平行通孔(17)和(18)，回槽(28)在前端連接平行通孔(18)和(19)；進水口 (33) 與平行通孔(10)無回槽端連通，出水口(34)與平行通孔(19)無回槽端連通；所述光聲池主體(1)兩端臺階部上墊有冷卻密封墊09)和(30)，通過密封法蘭(31)和(3 固定，冷卻水從進水口 (33)流進，流經平行通孔(10)、(11)、(12), (13)、(14)、(15), (16)、(17)、 (18)、(19)后從出水口(34)流出。冷卻水可使光聲池主體1的溫度從室溫到-40°C之間調控。電加熱帶39環繞于光聲池主體1的外圍，同時電加熱帶39與外部溫度加熱控制儀連接，可使光聲池主體1的溫度從室溫到90°C之間調控。溫度可控的光聲吸收光譜光聲池裝置，緩沖腔(6)和(7)長度均為聲學諧振腔(5) 長度的一半，內徑是聲學諧振腔(5)內徑的2倍以上。平行通孔(10)、(11)、(12)、(13)、 (14)、(15)、(16)、(17)、(18)、(19)位于聲學諧振腔(5)的外圍，與聲學諧振腔(5)平行。
光聲池主體1置有熱敏電阻插槽40，與聲學諧振腔5鄰近但不連通。熱敏電阻41 放置于熱敏電阻插槽40內測量聲學諧振腔5內的溫度。熱敏電阻41測量的溫度反饋給外部制冷機或加熱控制儀調控聲學諧振腔5內的溫度。在制冷情況下，最低能降低的溫度為-40°C，溫度控精度為0. 3°C ；在加熱情況下，最高可加熱的溫度為90°C，溫度控制精度為 0. 1°C。因此本發明光聲池裝置的溫度可控范圍為-40°c到90°C。光聲池主體1置有進氣口 42，用于進入樣品氣體。光聲探測器43放置于光聲池主體1的光聲探測器插槽44內，用于測量聲學諧振腔5內的光聲信號。在窗片8和窗片9的外端置有吹氣孔45和吹氣孔46，防止冷卻情況下窗片8和窗片9處有水汽凝結。通過本發明裝置，可以用光聲光譜的方法探測、研究大氣分子在不同溫度下的吸收譜，具有體積小、溫度穩定度高、溫度均勻性高和探測靈敏度高的特點。顯然，本領域的技術人員可以對本發明的溫度可控型光聲光譜光聲池裝置進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種溫度可控的光聲吸收光譜光聲池裝置，其特征在于包括光聲池主體(1)，所述光聲池主體(1)內設有貫通的聲學諧振腔(5)，聲學諧振腔( 兩端聯通有緩沖腔(6)和 (7)，所述光聲池主體⑴的外圍環繞有電加熱帶(39)；所述的光聲池主體⑴上設有光聲探測器插槽(44)，熱敏電阻插槽00)和進氣口 02)；熱敏電阻插槽GO)內安裝有熱敏電阻(41)，光聲探測器插槽04)通向到聲學諧振腔(5)壁，光聲探測器插槽G4)內安裝有光聲探測器Gl)；所述的進氣口 0 與緩沖腔(6)或(7)聯通；所述光聲池主體(1)的外周環繞布有冷卻水循環槽供光聲池主體(1)冷卻，光聲池主體(1)的外壁上設有冷卻水循環槽的進水口(33)和出水口(34)；所述的緩沖腔(6)和(7)的外端口處分別安裝有窗片⑶ 和(9)，窗片⑶和(9)分別通過窗片壓蓋(35)和(36)固定于光聲池主體⑴的兩端；所述光聲池主體(1)的窗片壓蓋(3 和(36)外分別裝配有絕熱套筒(37)和(38)，光聲池主體(1)放置于絕熱盒O)內，絕熱套筒(37)和(38)分別由絕熱支座(3)和絕熱支座(4) 支撐；絕熱盒(2)兩端板與窗片(8)、(9)對應部位分別開有通光孔。
2.根據權利要求1所述的溫度可控的光聲吸收光譜光聲池裝置，其特征在于所述的冷卻水循環槽結構為由環繞布于光聲池主體(1)的外周的平行通孔(10)、(11)、(12)、(13)、 (14)、(15)、(16)、(17)、(18)和(19)，回槽(20)、(21)、(22)、(23)、(24)、(25)、(26)、(27) 和(28)構成，回槽(20)在前端連接平行通孔(10)和(11)，回槽(21)在后端連接平行通孔 (11)和(12)，回槽(22)在前端連接平行通孔(12)和(13)，回槽(23)在后端連接平行通孔(13)和(14)，回槽(24)在前端連接平行通孔(14)和(15)，回槽(25)在后端連接平行通孔(15)和(16)，回槽(26)在前端連接平行通孔(16)和(17)，回槽(27)在后端連接平行通孔(17)和(18)，回槽(28)在前端連接平行通孔(18)和(19)；進水口 (33)與平行通孔(10)無回槽端連通，出水口(34)與平行通孔(19)無回槽端連通；所述光聲池主體(1) 兩端臺階部上墊有冷卻密封墊09)和(30)，通過密封法蘭(31)和(3 固定，冷卻水從進水口 (33)流進，流經平行通孔(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)、(19) 后從出水口(34)流出。
3.根據權利要求1所述的溫度可控的光聲吸收光譜光聲池裝置，其特征在于緩沖腔 (6)和(7)長度均為聲學諧振腔(5)長度的一半，內徑是聲學諧振腔(5)內徑的2倍以上。
4.根據權利要求1所述的溫度可控的光聲光譜光聲池裝置，其特征是平行通孔(10)、 (11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)、(19)位于聲學諧振腔(5)的外圍，與聲學諧振腔(5)平行。
全文摘要
本發明公開了一種溫度可調控型光聲光譜光聲池裝置。它包括主體光聲池(1)，放置光聲池主體(1)的絕熱盒(2)，所述絕熱盒(2)在密封前先用絕熱材料把主體光聲池(1)密封在絕熱盒(2)內。光聲池主體(1)內置有聲學諧振腔(5)，聲學諧振腔(5)左右兩端分別連接緩沖腔(6)和(7)，光聲池主體(1)外周設有冷卻水循環槽，光聲池主體(1)外圍環繞可調控電加熱帶(39)，使光聲池主體(1)的溫度可從-40℃到90℃之間進行調控，最小控溫精度0.1℃。所以所發明的本光聲光譜光聲池裝置成本低廉、操作方便，溫度調節范圍寬，穩定性好，在工作溫度范圍內測量、研究大氣分子的吸收情況能收到良好的效果。
文檔編號G01N21/31GK102169085SQ20101058350
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者侯再紅, 劉琨, 吳毅, 牛明生, 袁懌謙, 高曉明 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所