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公开(公告)号：CN110006828B
公开(公告)日：2021-04-23
申请号：CN201910346415.7
申请日：2019-04-26
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本发明公开了一种改进光声光谱痕量气体传感器性能的装置及方法，所述装置包括脉冲激光器、激光准直系统、薄膜偏振片、第一直角棱镜、普克尔盒、光声池、第二直角棱镜、前置放大器、控制与数据采集系统和计算机，所述脉冲激光器、激光准直系统、薄膜偏振片、第一直角棱镜、普克尔盒、光声池、第二直角棱镜沿光束传播方向依次设置；所述光声池内设置有麦克风；所述麦克风和前置放大器相连；所述前置放大器和控制与数据采集系统相连；所述控制与数据采集系统和计算机相连。本发明利用普克尔盒改变激光的偏振态以及两块直角棱镜实现光束的多次反射。
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公开(公告)号：CN111220551A
公开(公告)日：2020-06-02
申请号：CN201911207243.1
申请日：2019-11-29
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本发明公开了一种基于音叉共鸣的光热光谱痕量气体检测装置及方法，所述装置包括激光器、激光准直系统、气室、第一石英音叉、第二石英音叉、阻抗放大器、控制与数据采集系统、计算机，其中：激光器经过控制与数据采集系统调制后输出激光，经激光准直系统后入射到气室内，待测目标气体吸收激光能量后，激光从气室出射并照射在第一石英音叉上；第一石英音叉吸收出射激光能量发生周期性的弹性形变进而产生振动，第二石英音叉产生共同振动，从而产生电流信号；阻抗放大器将电流信号放大为电压信号；控制与数据采集系统和计算机对放大后的电压信号进行采集和处理，反演出探测气体的浓度。本发明避免了热噪声源，减小了系统内噪声的引入。
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公开(公告)号：CN110646348A
公开(公告)日：2020-01-03
申请号：CN201910978879.X
申请日：2019-10-15
Applicant: 哈尔滨工业大学
IPC: G01N21/17
Abstract: 本发明公开了一种基于平行入射的石英光声光谱传感系统，所述传感系统包括沿光束传播方向依次设置的半导体激光器、光学准直器、石英音叉、数据采集系统、计算机。本发明设计了一种新的激光入射到石英音叉的方式，激光平行于石英音叉的叉股入射，从音叉叉股的中间穿过最后直接打在音叉的底部。由于石英音叉的长度远大于其厚度，所以激光与气体有效的相互作用距离会大大增加，从而提高声波对石英音叉的作用效果使得石英音叉的输出信号增大，最终提高气体探测的灵敏度。
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公开(公告)号：CN109946266A
公开(公告)日：2019-06-28
申请号：CN201910202212.0
申请日：2019-03-18
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本申请实施例涉及一种提高石英光热光谱气体浓度检测灵敏度的装置及方法，所述装置包括：沿光束传播方向依次设置的激光器控制模块(1)、半导体激光器(2)、准直透镜(3)、气体吸收池(4)、石英音叉(5)、控制与数据采集系统(6)以及计算机(7)；所述准直透镜的焦距应小于10mm；所述石英音叉为具有压电特性的材料制成，表明镀有银层，其共振频率为20kHz-70kHz，所述石英音叉品质因子大于等于10000；所述石英音叉根部具有第一尺寸的宽度方向和第二尺寸的厚度方向；所述石英音叉根部宽度方向靠近边缘的位置开有一窗口，所述窗口为去除所述银层的窗口，用于供探测激光射入。本申请检测装置具有结构简单、灵敏度高、成本低等优点。
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公开(公告)号：CN118032658A
公开(公告)日：2024-05-14
申请号：CN202410208944.1
申请日：2024-02-26
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本发明公开了一种基于局域表面等离激元共振的光致热弹光谱痕量气体检测装置及方法，所述装置包括可调谐半导体激光器、光束准直单元、前聚焦透镜、气室、后聚焦透镜、石英音叉、金属微纳阵列、信号解调单元、信号发生器、加法器、激光器控制单元和计算机。本发明通过在石英音叉叉指根部表面增加一层尺寸与激光光斑相当的金属微纳阵列，使石英音叉对1550nm激光的吸收率由5％以下增长到90％以上，吸光度提升约20倍，在不改变激光功率情况下实现信号显著增强，从而提升气体检测系统的灵敏度和信噪比。
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Patent Agency Ranking
公开(公告)号：CN117871420A
公开(公告)日：2024-04-12
申请号：CN202410105410.6
申请日：2024-01-25
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本发明公开了一种基于锥形头石英音叉的光声光谱痕量气体检测装置及方法，所述装置包括可调谐激光器、激光准直系统、气室、锥形头石英音叉、阻抗放大器、控制与数据采集系统、计算机，可调谐激光器输出激光经激光准直系统后入射到气室内的锥形头石英音叉振臂中间，激发待测目标气体产生声波信号，锥形头石英音叉基于石英晶体的压电效应产生电流信号，该电流信号传输至阻抗放大器放大为电压信号，控制与信号采集系统对放大后的电压信号进行采集并由计算机进行处理，反演出探测气体的浓度。本发明将石英音叉振臂的形状从矩形结构改变为锥形结构，提高了石英音叉的重心，使石英音叉在振臂摆动过程中受力力矩增，既降低了共振频率，又提高了品质因数。
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公开(公告)号：CN117825291A
公开(公告)日：2024-04-05
申请号：CN202410197638.2
申请日：2024-02-22
Applicant: 哈尔滨工业大学
IPC: G01N21/17
Abstract: 本发明公开了一种基于压电陶瓷音叉的光声光谱痕量气体检测装置及方法，利用压电陶瓷音叉探测气体分子吸收激光后所产生的光声信号，待测气体充满压电陶瓷音叉叉指间隙，经频率调制的激光器发出的激光经准直聚焦后传输至压电陶瓷音叉叉指间隙，聚焦点附近的气体分子吸收光能后跃迁至激发态，其中部分气体分子通过热弛豫过程回到基态，并向外发射声波，声波强度与气体浓度成正比。声波在音叉表面施加压力，进而产生压电效应。音叉两端接至信号解调单元，信号解调单元解调出二次谐波信号，基于此，最终可获得气体浓度与解调出二次谐波信号峰值电压之间的关系曲线，实现气体检测的功能。
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公开(公告)号：CN113624718B
公开(公告)日：2023-08-18
申请号：CN202110930761.7
申请日：2021-08-13
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本发明公开了一种基于压阻薄膜的光声光谱痕量气体检测装置及方法，所述装置利用具备压阻效应的压阻薄膜探测气体分子吸收激光后所产生的光声信号。经频率调制的激光器发出的激光经准直器准直后再由聚焦透镜聚焦至压阻薄膜一侧，压阻薄膜本身与待测气体处于同一环境之中，聚焦点附近的气体分子吸收光能后跃迁至激发态，其中部分气体分子通过热弛豫过程回到基态，并向外发射声波，声波强度与气体浓度成正比。声波将在压阻薄膜表面产生压力，进而改变薄膜电导率。若在压阻薄膜两侧施加恒定电压，则流经薄膜的电流将与其自身电阻成反比。基于此，通过解调待测气体浓度与流经压阻薄膜的电流强度之间的关系，可实现气体检测的功能。
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公开(公告)号：CN116297221A
公开(公告)日：2023-06-23
申请号：CN202310263298.4
申请日：2023-03-17
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本发明公开了一种基于空芯光纤微孔的分布式光声光谱痕量气体检测装置，所述检测装置包括半导体激光器、空芯光子晶体光纤、石英音叉、阻抗放大器、控制与数据采集系统和计算机，半导体激光器产生的激光传输至空芯光子晶体光纤中，待测气体通过空芯光子晶体光纤的细孔处进入空芯光子晶体光纤内部吸收激光的能量，引起局部升温，产生光声信号，光声信号从细孔处溢出引起石英音叉产生周期性振动使石英音叉产生电流信号，该电流信号经过阻抗放大器转换为电压信号，通过控制与数据采集系统进行采集、解调，最后通过计算机进行信号处理，反演出待测气体的浓度。本发明的检测装置具有灵敏度高、损耗低、成本低等优点。
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公开(公告)号：CN115979998A
公开(公告)日：2023-04-18
申请号：CN202310136417.X
申请日：2023-02-20
Applicant: 哈尔滨工业大学
Abstract: 本发明公开了一种外差增强型光致热弹光谱痕量气体检测装置及方法，所述装置包括第一半导体激光器、第二半导体激光器、第一光学准直系统、第二光学准直系统、气室、石英音叉、阻抗放大器、激光控制及数据采集系统和计算机。本发明从增大信号的角度来提升系统信噪比，通过两个方面来有效增大测量信号幅值：一方面，双光束的入射使得石英音叉在做阻尼振荡时吸收了更高的功率，增大了压电信号；另一方面，新的调制信号仍然能够参与拍频信号的产生并且不改变其频率，使得叠加后拍频信号显著增强，从而有力改善系统信噪比。本发明具有灵敏度高、响应速度快、成本低等优点。
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