双探头光声效应实验系统实验

双探头光声效应实验系统实验 　　　　1880年，Bell发现了光声效应。光声效应是指物体在周期性变化的光照下产生声信号的现象[1-3].当物质受到光照射时，光与物质产生相互作用，物质因吸收光能而受激发，分子跃迁到激发态，在返回初始状态时，或者通过伴随发光的辐射跃迁过程，或者通过无辐射跃迁过程。 　　无辐射跃迁部分的振动、转动能量是通过与其他分子碰撞，以热的形式散逸。 　　如果照射的光束经过周期性的强度调制进入到封闭的光声池，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生应力（或压力）的周期性变化，把热量传导给周围的耦合气体，气体在密闭的光声池里起到活塞作用，在光声池内产生压力波动，因而产生声信号，此种信号称光声信号。 　　光声效应具有灵敏度高、响应快等优点，利用光声效应可以对通常吸收光谱技术难于检测的强散射、不透明的物质进行光谱检测。 　　目前，光声效应在光声成像、光声光谱、检测弱吸收气体的浓度、检测空气粉尘含量等方面得到应用[4-7].在物理实验上以“双个”或“多个”取代“单个”的方法改善实验效果一直得到应用，文献[8]采用双挡光片取代单挡光片用于转动惯量测量，文献[9]采用双探头取代单探头测量交变磁场。通常光声效应检测采用单一探头，由于光声信号比较弱，检测灵敏度不够，不利于信号检测。改善光声信号探测灵敏度有2个途径：采集更多的信号；增大电路放大倍数。 　　在放大电路放大倍数一定的情况，如果采用多个探头采集光声信号，将能够有效提高光声信号检测的灵敏度。本文设计了双探头光声效应实验系统，测试了该系统的频率响应和幅度响应特性，双探头检测能改善信号灵敏度。 同时双探头光声池可以作为信号源，产生2路具有一定相位差的同频率信号，从而演示它们的叠加效果。 　　1双探头光声效应实验系统 　　双探头光声效应实验系统由双探头光声池、斩波器、放大电路和示波器构成。 　　双探头光声池的结构和实物图分别如图1~2所示。双探头光声池有2个驻极体微音器，底部有炭黑。斩波器对激发光进行调制获取出不同频率的调制光。 　　与双探头光声池的2路信号输出配套，设计了信号放大电路，它具有2个输入端，可以分别放大2路信号，每路信号放大倍数为10倍；可以对2路信号进行叠加，从而提高信号的检测灵敏度。 　　系统采用北京普源精电科技术有限公司生产的DS5022M数字示波器，响应速度快，具备50Ω/1MΩ输入阻抗选择，便于观测信号并且实验数据。