專利名稱:一種新型低噪聲光聲探測器的制作方法
本實(shí)用新型屬于光學(xué)測試儀器制造技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)本實(shí)用新型以傳統(tǒng)的光聲探測技術(shù)和原理為基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的光聲探測器一般由光聲池、駐極體、探測窗口、外罩、抽氣閥、接線柱構(gòu)成。光聲探測器是利用介質(zhì)吸收以聲頻調(diào)制的光脈沖所引起的壓力脈沖轉(zhuǎn)換成電信號輸出的光學(xué)探測器件。這種光聲探測器的主要噪聲有探測器窗口和光聲池壁的熱噪聲、環(huán)境噪聲(包括雜散光、外界聲振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、熱起伏)，外界電磁干撓，駐極體噪聲等。目前，光聲探測技術(shù)的最新發(fā)展有下列文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)(1)Yah－Han Pao，Cptoacoustic Spectroscopy and Detection。(1977)(2)Lars－Goran Rosengren，Applied Optics，14(8)，1960－1976，(1975)(3)Gary A，West，Joseph J.Barratt，Donald Siebert and K.Virupaksha.Reddy，Rev.Sci.Instrum，54(7)，797－817，(1983)(4)D.R.Wake and N.M.Amer，Appl Phys Lett，34，379，(1979)這些文獻(xiàn)對現(xiàn)有的光聲探測技術(shù)和原理作了詳細(xì)描述，但對其中最主要的窗口噪聲和環(huán)境干撓至今沒有給出具體消除的有效方法和技術(shù)，因此現(xiàn)有的光聲探測器窗口噪聲比較嚴(yán)重，抗環(huán)境噪聲能力差，不適用于較惡劣環(huán)境中使用，從而限制了現(xiàn)有光聲探測器的使用范圍。
本實(shí)用新型目的本實(shí)用新型的目的就是為了消除光聲探測器窗口噪聲以及光聲池壁噪聲，環(huán)境噪聲(包括雜散光、外界聲振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、和熱起伏噪聲)，降低駐極體本底噪聲，屏敝外界電磁干撓，提高光聲探測器信噪比、靈敏度和抗環(huán)境噪聲干撓能力，擴(kuò)大光聲探測器的使用范圍。
本實(shí)用新型
根據(jù)本實(shí)用新型提供的光聲探測器(附圖1、2)，它由氯化鈉(NaCl)單晶片窗口(1)、不銹鋼屏蔽罩(7)、電容駐極體(8)、光聲池(9)、真空閥(10)、Q9插座(6)、(11)和窗口保護(hù)裝置(附圖3)組成，總體結(jié)構(gòu)為對環(huán)境噪聲和電磁干撓全屏蔽型。探測器由內(nèi)外兩層構(gòu)成，內(nèi)層為φ10×28毫米“T”型黃銅管光聲池(9)，光聲池用開有直角小孔的真空橡皮圈(5)與屏蔽罩(7)隔開以減小外界機(jī)械振動(dòng)和熱噪聲，這種直角小孔還有通氣和防止聲共振作用。光聲池內(nèi)壁必須拋光(至少
10)以減少壁噪聲。池上方裝一電容駐極體(8)，駐極體三根導(dǎo)線，其中的兩根焊接到Q9插座(11)上，另一根焊接到Q9插座(6)上，Q9插座(6)、(11)經(jīng)真空密封(附圖4)后，分別用激光焊接到屏蔽罩(7)上，用激光焊接是為了保證屏蔽罩內(nèi)部元件不受熱損傷。Q9插座(11)直接與專用地線連接，起到了對電磁干撓極好的屏蔽作用。探測器外層為一直徑φ50毫米不銹鋼腔體(7)，腔體由兩段組成，用激光焊接成一整體，腔體兩端面開有圓形窗口，兩塊氯化鈉單晶片(1)用常溫真空封接材料粘結(jié)在窗口處，這種氯化鈉單晶片對中紅外波段激光吸收系數(shù)極小。腔體側(cè)面用激光焊接真空閥(10)。整個(gè)器件為高真空密封體。
(附圖3)是窗口保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置為本實(shí)用新型的中心，它包括氯化鈉單晶片窗口(1)，深孔光欄(2)，干燥消聲器(3)氣流通道(4)。其中的干燥消聲器(3)為一多孔腔體，可以拆卸，它由多孔底板(14)，多孔的深孔光欄側(cè)壁(18)和帶有螺紋的環(huán)形罩(16)組成。腔內(nèi)壁用絲綢(或其它材料)遮擋以防止腔內(nèi)物質(zhì)對窗口污染，腔內(nèi)充填細(xì)小顆粒狀干燥劑，這種結(jié)構(gòu)具有干燥和消聲作用，能防止氯化鈉窗口潮解，屏蔽外界聲振動(dòng)噪聲。深孔光欄(2)是用來屏敝外界雜散光干撓和電磁波干撓的，它由φ6×20毫米的圓柱形深孔(19)構(gòu)成，用沉頭螺釘(13)與干燥消聲器(3)連接，它能屏蔽從0到微波段的電磁干撓。通氣小孔(4)與深孔(19)、窗前空腔(20)連通，保護(hù)氣體通過小孔(4)緩慢流過(20)、(19)，這種氣流保護(hù)機(jī)構(gòu)不僅能防止氯化鈉窗口潮解，而且可以不斷帶走光通道和窗口附近余熱，消除窗口附近熱起伏噪聲，該保護(hù)氣流還保證了干燥消聲器中的干燥劑，使干燥劑使用壽命延長，這種氣流防潮和冷卻技術(shù)適用于多種光路系統(tǒng)。
本實(shí)用新型提供的光聲探測器，可用于激光光譜學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、同位素光譜分析、環(huán)境污染測量、空間通訊等領(lǐng)域。
用本實(shí)用新型提供的光聲探測器進(jìn)行了無多普勒光譜實(shí)驗(yàn)(附圖8)和噪聲測量，探測器內(nèi)充40毫乇六氟化硫(SF6)時(shí)，本底噪聲40微伏(附圖5，圖中200微伏／格)，入射激光(二氧化碳P16支線)功率32毫瓦時(shí)，輸出電壓1毫伏(附圖6，圖中500微伏／格)，此時(shí)信噪比25，靈敏度31.25微伏／毫瓦，入射激光(二氧化碳P16支線)功率246毫瓦時(shí)，鎖相放大器輸出電壓250毫伏(附圖7，圖中100毫伏／格，放大40分貝)，此時(shí)信噪比62.5，靈敏度10微伏／毫瓦。(附圖8)是探測器內(nèi)充60毫乇六氟化硫氣體時(shí)，二氧化碳激光P16支線的無多普勒光聲光譜圖。
本實(shí)用新型提供的光聲探測器與現(xiàn)有傳統(tǒng)的光聲探測技術(shù)相比具有噪聲低、靈敏度高、對雜散光、外界聲振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、電磁干撓有極好屏蔽作用的優(yōu)點(diǎn)，能在較惡劣環(huán)境中使用。
制作本實(shí)用新型提供的光聲探測器，要特別注意對所有元件預(yù)先作清潔處理，保持高清潔度，裝配要在干燥室內(nèi)進(jìn)行，保證探測器具有高真空度是制作成功的關(guān)鍵。
如下附圖1根據(jù)本實(shí)用新型提供的光聲探測器總體結(jié)構(gòu)縱向剖面圖附圖2根據(jù)本實(shí)用新型提供的光聲探測器總體結(jié)構(gòu)橫向剖面圖附圖3氯化鈉單晶片窗口保護(hù)裝置剖面圖附圖4Q9插座剖面圖，圖中(22)為真空密封材料附圖5本實(shí)用新型提供的光聲探測器本底噪聲圖附圖6入射激光功率32毫瓦時(shí)調(diào)幅光聲輸出信號附圖7入射激光功率246毫瓦時(shí)調(diào)頻光聲輸出信號附圖8用本實(shí)用新型提供的光聲探測器獲得的高分辨光譜圖
權(quán)利要求
1.一種包括屏蔽罩、真空閥、接線柱、駐極體、光聲池的新型低噪聲光聲探測器，本實(shí)用新型的特征是由氯化鈉單晶片(1)、深孔光欄(2)、干燥消聲器(3)、氣流通道(4)組成的探測器窗口保護(hù)裝置和全封閉外型。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光聲探測器，其特征是氯化鈉單晶片(1)粘結(jié)在不銹鋼腔體(7)兩端窗口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光聲探測器，其特征是光聲池(9)與屏蔽罩(7)之間的真空橡皮圈(5)帶有直角小孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光聲探測器，其特征是深孔光欄(2)的形狀呈圓柱形。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光聲探測器，其特征是干燥消聲器(3)為多孔腔體。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1、4所述的光聲探測器，其特征是小孔(4)與圓柱形深孔(19)和窗前空腔(20)連通。
專利摘要
一種新型低噪聲光聲探測器，它屬于光學(xué)測試儀器制造技術(shù)，主要解決探測器窗口噪聲和環(huán)境噪聲干擾問題，其特征是由氯化鈉單晶片窗口、深孔光欄、干燥消聲器、氣流通道構(gòu)成的窗口保護(hù)裝置和全封閉外型，有防潮、屏蔽環(huán)境噪聲、抗電磁干擾的作用，該新型探測器噪聲低、靈敏度高，能在較惡劣環(huán)境中使用，可用于激光光譜學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、同位素光譜分析、氣體微量成份分析、空間通訊等。
文檔編號G01H9/00GK85201064SQ85201064
公開日1986年2月19日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者李道火, 李啟明, 李建國 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan