品上，激光的照射時(shí)間h以剛好使得物質(zhì)產(chǎn)生納米粒子云團(tuán)為準(zhǔn)，經(jīng)過時(shí) 間t2，納米粒子云團(tuán)在光聲吸收腔1內(nèi)得到一定擴(kuò)散；此時(shí)打開檢測(cè)光源3,檢測(cè)光B通過 檢測(cè)光聚焦透鏡3-2入射入射窗口 1-1，在腔內(nèi)穿過納米粒子云團(tuán)，云團(tuán)中的某些成分吸收 檢測(cè)光B而產(chǎn)生光聲效應(yīng)，聲波被腔體1-0側(cè)壁嵌置的微音探測(cè)器5探測(cè)而產(chǎn)生信號(hào)。
[0028] 測(cè)量待測(cè)物質(zhì)前，先測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品，標(biāo)準(zhǔn)樣品中的某一成分含量已知，設(shè)為，測(cè) 量過程如待測(cè)物質(zhì)，由微音探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度為A1;然后放置待測(cè)物質(zhì)8,如微音探 測(cè)器5探測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度為A2。通過公式：
[0029]
[0030] 可以推算出待測(cè)物質(zhì)8中某一物質(zhì)的濃度a2。
[0031] 微音探測(cè)器5探測(cè)到的光聲電壓信號(hào)S可以表示為：
[0032] S = SmPCa
[0033] 其中C(Pa kiVW)是光聲腔常數(shù)，P(W)是入射的光功率，aGnT1)是吸收系數(shù)，Sm(V/ Pa)是微音探測(cè)器的靈敏度。光聲腔常數(shù)C與光聲池的結(jié)構(gòu)，測(cè)試條件和調(diào)制頻率有關(guān)，具 體關(guān)系是：
[0034] C = (y-l)LQ/f〇V
[0035] 其中L是腔長(zhǎng)，γ是熱容比，Q是品質(zhì)因子，&是諧振頻率。如果調(diào)制頻率和光聲 吸收腔1的諧振頻率一致，光聲信號(hào)就可以產(chǎn)生諧振增強(qiáng)效應(yīng)，品質(zhì)因子Q定義為：
[0036] Q = f0/ Δ f
[0037] 其中Λ f是諧振半峰寬，小半徑縱向諧振腔的Q值通常在10-50。
[0038] 本實(shí)施例中，激發(fā)光源2選擇調(diào)Q的NchYAG激光器，波長(zhǎng)為1064nm，激光能量為 300mJ，激發(fā)光A光束激發(fā)聚光窗口 1-3聚焦到很小的一個(gè)點(diǎn)，在激光照射的光斑區(qū)域，待測(cè) 物質(zhì)8中的材料被燒蝕剝離，并在樣品上方形成納米粒子云團(tuán)；然后通過激發(fā)光源控制器 2-1關(guān)閉激發(fā)光源2,通過檢測(cè)光源控制器3-1打開檢測(cè)光源3 ;檢測(cè)光源3使用空心陰極 燈。如檢測(cè)的是Cu的含量，Cu的吸收譜線為324. 7nm，空心陰極燈發(fā)射324. 7nm波長(zhǎng)的紫 外光，被納米粒子云團(tuán)中的Cu分子吸收而產(chǎn)生光聲效應(yīng)，產(chǎn)生的聲波被微音探測(cè)器5接收 被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并被主機(jī)7中的數(shù)據(jù)采集裝置采集。
[0039] 實(shí)施例2
[0040] 裝置基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，當(dāng)需要檢測(cè)Fe的含量時(shí)，因?yàn)镕e的吸收譜線為 248. 7nm，可以把檢測(cè)光源3由空心陰極燈換為可調(diào)諧的紫翠寶石激光器（Cr3+ = BeAl2O4)，紫 翠寶石激光器的三次諧波波段為240-270nm，紫翠寶石激光器所發(fā)射的激光（三次諧波）被 納米粒子云團(tuán)中的Fe分子吸收而產(chǎn)生光聲效應(yīng)。
[0041] 應(yīng)理解，上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于供本領(lǐng)域技 術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并非【具體實(shí)施方式】的窮舉，并不能以此限制本發(fā)明 的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)光路系統(tǒng)和電學(xué)系統(tǒng)，其特征在于： 所述檢測(cè)光路系統(tǒng)包括光聲吸收腔（1)、激發(fā)光源（2)和檢測(cè)光源（3)，其中： 所述光聲吸收腔（1)包括腔體（1-0)、入射窗口（1-1)、激發(fā)聚光窗口（1-3)、樣品池以 及氣口（1-5);腔體（1-0)上設(shè)置可關(guān)閉的氣口（1-5)，前端設(shè)置入射窗口（1-1)，關(guān)閉氣 口（1-5)后形成密閉腔；腔體（1-0)中段上方留有激發(fā)聚光窗口（1-3)，樣品池位于腔體 (1-0)中，與激發(fā)聚光窗口（1-3)相對(duì)，待測(cè)物質(zhì)（8)置于樣品池中； 所述激發(fā)光源（2)出射的激發(fā)光（A)光路穿過所述激發(fā)聚光窗口（1-3)后對(duì)準(zhǔn)所述樣 品池；所述檢測(cè)光源（3)出射的檢測(cè)光（B)光路經(jīng)過檢測(cè)光聚焦透鏡（3-2)后自入射窗口 (1-1)入射光聲吸收腔（1); 所述電學(xué)系統(tǒng)包括激發(fā)光源控制器（2-1)、檢測(cè)光源控制器（3-1)、微音探測(cè)器（5)、信 號(hào)放大單元（6)和主機(jī)（7)，其中： 所述激發(fā)光源控制器（2-1)連接控制激發(fā)光源（2);檢測(cè)光源控制器（3-1)連接控制 檢測(cè)光源（3);所述主機(jī)（7)連接控制激發(fā)光源控制器（2-1)和檢測(cè)光源控制器（3-1);所 述微音探測(cè)器（5)嵌置于所述腔體（1-0)中，微音探測(cè)器（5)通過信號(hào)放大單元（6)連接 主機(jī)（7)信號(hào)輸入端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，其特征在于：所述激發(fā)光源（2) 使用脈沖激光光源。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，其特征在于：所述檢測(cè)光源（3) 為激光器、空心陰極燈或氙燈。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，其特征在于：所述光聲吸收腔（1) 在激發(fā)光（A)入射前為真空狀態(tài)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，其特征在于：所述樣品池為可升 降的移動(dòng)樣品池（1-4)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，其特征在于：在檢測(cè) 光聚焦透鏡（3-2)和入射窗口（1-1)間設(shè)置有斬波器（4)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，其特征在于：所述信號(hào)放大單 元（6)包括前置放大器（6-1)和鎖相放大器（6-2);所述微音探測(cè)器（5)連接前置放大器 (6-1);所述鎖相放大器（6-2)輸入端連接前置放大器（6-1)和斬波器（4)，輸出端連接主 機(jī)⑵。
【專利摘要】一種光聲式激光擊穿檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)光路系統(tǒng)和電學(xué)系統(tǒng)；其中檢測(cè)光路系統(tǒng)包括光聲吸收腔、激發(fā)光源和檢測(cè)光源，所述光聲吸收腔內(nèi)設(shè)置樣品池和微音探測(cè)器；工作時(shí)，在樣品池中放置待測(cè)物質(zhì)，激發(fā)光聚焦入射到待測(cè)物質(zhì)上，待測(cè)物質(zhì)由于吸熱而形成納米粒子云團(tuán)并擴(kuò)散到腔中，檢測(cè)光入射到光聲池中被納米粒子云團(tuán)中的成分吸收而產(chǎn)生光聲效應(yīng)，通過微音探測(cè)器探測(cè)到的聲波強(qiáng)度而推算云團(tuán)中物質(zhì)的含量，進(jìn)而推算待測(cè)物質(zhì)中某一成分的含量。因工作時(shí)先將光聲吸收腔中被抽真空，被激發(fā)的納米粒子云團(tuán)在腔中擴(kuò)散且氣壓很小，所以譜線加寬效應(yīng)很小，被探測(cè)的譜線容易和其他譜線區(qū)分，且低氣壓狀態(tài)下的噪聲很小，具有高靈敏度。
【IPC分類】G01N21/63
【公開號(hào)】CN104914076
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510294348
【發(fā)明人】王歡, 陳昱, 李建春
【申請(qǐng)人】南京先進(jìn)激光技術(shù)研究院
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月1日