(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211061056.9 (22)申请日 2022.08.31 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115128011 A (43)申请公布日 2022.09.30 (73)专利权人 之江实验室 地址 310023 浙江省杭州市余杭区文一西 路1818号人工智能小镇10号楼 (72)发明人 林秦豪　施钧辉　高大　唐昆　 王少波　尹永刚　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 邱启旺 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (56)对比文件 CN 113876321 A,202 2.01.04CN 113624718 A,2021.1 1.09 CN 111579492 A,2020.08.25 CN 108469415 A,2018.08.31 CN 103892800 A,2014.07.02 CN 105212898 A,2016.01.0 6 JP H09145683 A,19 97.06.06 KR 20210102794 A,2021.08.20 JP 2013214845 A,2013.10.17 US 6865408 B1,20 05.03.08 Najme Meiman i等.A numerical analysis of a semi-dry coupl ing configurati on in photoacoustic computed tomography for infant brai n imaging. 《Photoacoustics》 .2017,27- 35. 阎宏涛等.高灵敏度液体光声传感器的研 制. 《光谱学与光谱分析》 .19 90,(第02期),27- 30. 左伯莉等.液体光声传感器的声阻匹配. 《应 用激光》 .198 8,(第03期),122-123. 审查员 杨晓 (54)发明名称 基于声学超 材料阻抗匹配的光声光谱固体/ 液体检测装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于声学超材料阻抗匹 配的光声光谱固体/液体检测装置， 包括光学模 块、 声学模块和信号处理模块。 光学模块用于调 制、 出射激光， 并将激光聚焦于待测样品， 使 其激 发声信号。 声学模块中的声学匹配层接收待测样 品激发的声信号， 使得该声信号可跨液 ‑气或固‑ 气界面传播， 以近乎零反射进入到光声池内； 光 声池内的声学谐振腔通过共振作用放大该声信 号； 利用声学传感器采集声信号并将其转化为电 压信号。 信号处理模块接收电压信号， 并对其中 的光声信号进行解调放大， 再根据光声信号的电 压幅值， 得到待测样品的浓度。 本发明通过调整 声学匹配层共振频率， 实现光声信号在固体 （或液体） 与空气界面间的高效传输， 极大提高了光 声信号强度。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115128011 B 2022.12.20 CN 115128011 B 1.一种基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其特征在于， 包括光 学模块、 声学模块和信号处 理模块； 所述光学模块用于出射、 调制激光， 并将激光准直、 聚焦于待测样品表面或其某一深度 处， 使得待测样品激发出声 波信号； 所述声学模块包括光声池、 声学谐振腔、 声学传感器和声学匹配层， 所述光声池呈中空 套筒状， 其顶部设有盖板； 光声池内部设有声学谐振腔， 光声池底部设有声学匹配层， 所述 声学匹配层中心开有一孔径大于激光直径的小孔， 用于透过光学模块出射的激光； 所述声 学匹配层接收待测样品激发的声波信号， 使得待测样品激发的声波信号可跨液 ‑气或固‑气 界面传播， 并进入到光声池内； 所述声 学谐振腔通过共振作用放大该声波信号； 所述声学谐 振腔上设有声 学传感器， 所述声 学传感器用于采集共振放大后的声波信号并将其转化为电 压信号； 所述声学匹配层包括依次设置的薄膜、 支撑框架和衬底； 所述薄膜为磁性薄膜或中心 黏贴一块磁性薄片的非磁性薄膜； 所述衬底与待测样品紧密贴合， 且衬底的声阻抗与待测 样品的声阻抗一致或尽可能接近； 所述支撑框架使得磁性薄膜与衬底间留有一定距离空 腔； 所述声学模块还包括由铁芯和线圈组成的电磁铁， 电磁铁设置于光声池顶部的盖板下 方， 铁芯设置于光声池套筒内， 线圈缠绕在光声池套筒外； 可通过控制流过线圈的电流大小 和方向， 以调控声学匹配层的工作频率； 所述信号处理模块接收声学模块输出的电压信号， 并对其中的光声信号进行解调放 大， 再提取光声信号的电压幅值， 计算得到待测样品的浓度。 2.根据权利要求1所述的基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其 特征在于， 所述光学模块包括依次相连的激光器、 激光调制器和光路调整 单元； 所述光路调 整单元由若干用于实现激光准直和聚焦的透镜组成； 所述激光调制器的调制频率和声 学谐 振腔一阶共 振频率一致。 3.根据权利要求1所述的基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其 特征在于， 所述光声池为长方形、 圆柱形或六边形的中空套筒状； 所述光声池的顶部 设有的 盖板采用对激光所在频段具有高光学透射率的材料； 所述盖板或采用中心 穿孔的非光学透 明材料， 其穿孔直径大于 激光直径， 用于穿过光学模块出射的激光。 4.根据权利要求1所述的基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其 特征在于， 所述薄膜和衬底的中心均开有一不小于激光直径的小孔， 使得光学模块出射的 激光无损耗透过； 所述支撑框架中心镂空， 其镂空的形状与光声池内部空腔的截面形状相 同。 5.根据权利要求1所述的基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其 特征在于， 所述薄膜的厚度为0.01~0.3mm， 所述支撑 框架的厚度小于1m m。 6.根据权利要求1所述的基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其 特征在于， 所述铁芯的中心开一有孔径不小于激光直径的小孔， 用于穿过光学模块出射的 激光。 7.根据权利要求1所述的基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其 特征在于， 所述电磁铁还与电流控制单元连接； 所述电流控制单元包括电流流向控制 器和 可变电阻， 用于控制施加在电磁铁线圈上 的电流大小和方向， 以调控声学匹配层的工作频权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115128011 B 2率。 8.根据权利要求2所述的基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置， 其 特征在于， 所述信号处理模块包括锁相放大器和计算机； 所述信号处理模块接 收声学模块 输出的电压信号并通过锁相放大器进 行滤波解调放大； 其中， 锁相放大器第一、 第二输入端 分别连接光学模块中的激光调制器和声学模块中的声 学传感器， 用于从嘈杂背景噪声中提 取由激光产生的光声信号； 利用计算机提取光声信号的电压幅值， 与标准样品曲线进行比 较， 计算得到待测样品相应的浓度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115128011 B 3