气体传声器光声检测技术说明

气体传声器光声检测技术是最早使用的、也是使用得较为普遍的光声信号检测方法。其原理是：当强度受到调制且经过聚焦的一束光（不做成像用不聚焦也可）通过透明窗口照射在密闭空腔内的试样上，试样吸收光能并将其转变为热能。热能以热波形式从样品内部传到样品的表面上，这部分热使得样品表面上一薄层气体被加热，时而膨胀，时而收缩，其频率与调制频率相同。由于表面薄层气体的热胀冷缩，因而在样品室内产生一个微小的压力变化，这一变化又推动着邻近的气体在腔内传播。换句话说，也就是光声波的激发与传播，直到被电容传声器或驻极体传声器所接收。激光束沿样品表面X-Y扫描时，就形成一幅光声像。当试样表面或亚表面微区热结构有差异时，这些差异就会在光声信号的幅度和相位上反映出来，或者说图像产生反差。气体传声器光声检测系统的工作频率低，灵敏度也不高，但检测深度较深，探测器不必与样品接触，使用比较方便。

图7.1-18所示为一气体传声器检测的光声显微镜试验装置框图。激光可以是氩离子激光、氦氖激光或CO₂激光等，聚焦后通过调制器使强度受到调制，并受扫描装置控制对样品进行扫描。光声信号由传声器检测。检测出来的信号经前置放大器放大后，进入到锁相放大器的信号通道；并由切光器分出一路信号，送到锁相放大器的参考通道。用锁相技术是为了提高信噪比，以增强图像质量。锁相放大器输出到信号除法器；激光器通过45°反射镜也反射一些光，经光电二极管变成电信号输入到除法器。二者经归一化处理，以防止因光源强度变化而引起图像反差的失真。归一化以后的信号可以显示在X-Y记录仪或荧光屏上，这就是二维光声图像。如果在样品表面热扩散长度以内有杂质或缺陷，就会引起这些部位的热学性质有变异，与此相应的在图像上就会出现异常。因此，根据试样的热学性质、密度以及调制频率，便可以确定缺陷或杂质的位置和大小。

图7.1-18 一气体传声器检测的光声显微镜试验装置框图(www.xing528.com)

图7.1-19 压电式光声显微镜的结构原理图