器83、1/2波片84、第二偏振片822。光聲池5包括麥克風51、右緩沖氣室52、右窗口片53、出氣口 54、共振腔55、進氣口 56、左窗口片57、左緩沖氣室58。共振腔55為圓柱腔體，具有實現光聲信號的放大作用。圓柱腔體中間部分開有小孔，用于放置麥克風5檢測光聲信號。共振腔55兩端分別與右緩沖氣室52和左緩沖氣室58連通。進氣口 56與左緩沖氣室58連通；出氣口 54與右緩沖氣室52連通。激光發射器I輸出波長為532nm的激光。激光光強受信號發生器2調制，信號發生器2發生正弦信號的頻率與光聲池5共振頻率一致。激光發射器I發射線偏振P光，通過第二 45°反射鏡72反射后，依次穿過第二偏振片822和1/2波片84后偏振方向發生45°旋轉，經過45°法拉第旋光器83后重新變為偏振P光。偏振P光依次穿過第一偏振片821和1/4波片81由線偏光變成為圓偏光。圓偏光經第一 45°反射鏡71反射后，由左窗口片57進入左緩沖氣室58，穿過共振腔55進入右緩沖氣室52，從右窗口片53射出，激光第一次穿過光聲池5。圓偏光經第一反射鏡61反射后，由右窗口片53進入右緩沖氣室52，穿過共振腔55進入左緩沖氣室58，從左窗口片57射出，激光第二次穿過光聲池5。反射的圓偏光經第一 45°反射鏡71反射后，穿過1/4波片81由圓偏光變為線偏振s光。線偏振s光被第一偏振片821反射到第二反射鏡62，由第二反射鏡62反射后經第一偏振片821反射穿過1/4波片81后，由偏振s光變為圓偏光。圓偏光經反射鏡71反射后，第三次穿過光聲池5。圓偏光經第一反射鏡61反射后，第四次穿過光聲池5。反射的圓偏光經第一 45°反射鏡71反射后，穿過1/4波片81后，由圓偏光變為線偏振P光。線偏振P光穿過第一偏振片821經過45°法拉第旋光器83偏振方向旋轉45°，再經過1/2波片84偏振方向再次旋轉45°，變為線偏振s光。線偏振s光射向第二偏振片822時被反射輸出，防止激光重新注入激光器發射器I。麥克風51與鎖相放大器3電連接，鎖相放大器3分別電連接有信號發生器2和計算機4。激光發射器I受信號發生器2調制。信號發生器2發生與光聲池5共振頻率一致的周期信號。信號發生器2產生周期性信號，用于調制激光發射器I并作為參考信號輸入鎖相放大器3。激光發射器I受周期信號調制直接輸出光強周期調制的激光。或者激光發射器還可以采用一下結構:激光發射器I包括光強調制器。激光發射器I輸出連續激光，再經過光強調制器調制后，輸出光強周期調制的激光。被測氣溶膠由進氣口 56被抽入光聲池5內，吸收周期性調制的激光功率，產生光聲信號，經共振腔55共振放大后被麥克風51檢測，經鎖相放大器3將光聲信號從噪聲中提取。光聲信號Spa= SmCMllaPc，Sm為麥克風靈敏度，Cm11為池常數，a為吸收系數，c為被測氣溶膠濃度，P為光聲池內激光功率。光聲信號正比于光聲池內激光功率，在不提高激光輸出功率的情況下，采用光學隔離器8實現激光在光聲池5內多次反射，提高光聲池內激光功率，從而提高了光聲信號的幅值、提高了檢測裝置的測量靈敏度。鎖相放大器3將光聲信號輸出給計算機6，求取氣溶膠光學吸收系數。
【主權項】
1.一種基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，它包括激光發射器(I)、鎖相放大器(3)、光聲池(5)、第一反射鏡(61)、第二反射鏡(62)、光學隔離器(8)，其特征在于:所述激光發射器(I)發射的激光經過光學隔離器(8)和光聲池(5)射入第一反射鏡(61)，第一反射鏡(61)反射的激光經過光聲池(5)和光學隔離器(8)射入第二反射鏡(62)，第二反射鏡(62)反射的激光經過光學隔離器(8)和光聲池(5)再次射入第一反射鏡(61)，第一反射鏡(61)再次反射的激光經過光聲池(5)和光學隔離器(8)后隔離輸出，所述光聲池(5)連接有麥克風(51 )，麥克風(51)與鎖相放大器(3)電連接，所述鎖相放大器(3 )分別電連接有信號發生器(2 )和計算機(4 )。
2.根據權利要求1所述的基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，其特征在于:所述光學隔離器(8)包括1/4波片(81)、第一偏振片(821)、45°法拉第旋光器(83)、1/2波片(84)、第二偏振片(822)，激光發射器(I)輸出線偏振P光，依次穿過第二偏振片(822 )、1/2波片(84)和45 °法拉第旋光器(83 )成為偏振p光，偏振p光依次穿過第一偏振片(821)和1/4波片(81)成為圓偏光，圓偏光穿過光聲池(5)后由第一反射鏡(61)反射返回再次穿過光聲池(5)，經過1/4波片(81)成為線偏振s光，線偏振s光被第二反射鏡(62)反射返回穿過1/4波片(81)成為圓偏光，圓偏光穿過光聲池(5)后由第一反射鏡(61)反射返回再次穿過光聲池(5)，經過1/4波片(81)由圓偏光變為線偏振P光，線偏振P光穿過第一偏振片(821)、經過45°法拉第旋光器(83)，再穿過1/2波片84，變為線偏振s光，線偏振s光射向第二偏振片(822)時被反射輸出。
3.根據權利要求1所述的基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，其特征在于:所述信號發生器(2)發生與光聲池(5)共振頻率一致的周期信號。
4.根據權利要求1或2或3所述的基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，其特征在于:激光發射器(I)受信號發生器(2)調制。
5.根據權利要求1或2或3所述的基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，其特征在于:激光發射器(I)包括光強調制器，激光發射器(I)輸出連續激光經光強調制器調制后，輸出光強周期調制的激光。
【專利摘要】本發明提供基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置。激光經過光學隔離器和光聲池被第一反射鏡反射，反射激光經過光聲池和光學隔離器被第二反射鏡反射，反射激光經過光學隔離器和光聲池再次被第一反射鏡反射，再次反射激光經過光聲池和光學隔離器后輸出，鎖相放大器與麥克風、信號發生器連接，將光聲信號從噪聲中提取，并通過計算機計數得到氣溶膠吸收系數。本發明解決了現有技術中基于光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置沒有充分利用激光功率影響檢測精度的技術問題。本發明的有益效果為：激光在光聲池內多次反射，在不提高激光輸出功率的情況下提高光聲池內激光功率；提高光聲信號的幅值增強檢測裝置靈敏度。
【IPC分類】G01N21-17
【公開號】CN104792703
【申請號】CN201510114970
【發明人】潘孫強, 張建鋒, 陳哲敏, 裘越
【申請人】浙江省計量科學研究院
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月17日