數(shù)字正交鎖相放大器的研制及其在甲烷檢測中的應用

【摘要】：利用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術檢測氣體濃度時,為了從紅外傳感信號中提取一次及二次諧波信號來表征氣體濃度,研發(fā)了一種基于數(shù)字信號處理器的數(shù)字正交鎖相放大器.介紹正交鎖相放大原理,設計諧波提取算法,給出數(shù)字正交鎖相放大器的軟硬件實現(xiàn)方案.利用配備的濃度為1%~5%的甲烷樣品以及研制的鎖相放大器,開展氣體實驗.實驗結(jié)果顯示,當甲烷濃度為5%時,在二次諧波對應的頻率點處,測得的系統(tǒng)信噪比為34dB,表明設計的鎖相放大器具有較好的性能;測得的二次與一次諧波信號峰峰值的比值與氣體濃度成線性關系;考慮動態(tài)配氣以及氣體沿管道傳輸?shù)臅r間,檢測系統(tǒng)的響應時間約為96~98s;氣體濃度為20 000ppm時,測試濃度波動范圍為-92ppm~+118ppm;根據(jù)Allan方差預測的系統(tǒng)檢測下限為29.52ppm.與模擬鎖相放大器以及商用鎖相放大器相比,本文研制的數(shù)字正交鎖相放大器硬件結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、易于集成,在紅外氣體檢測領域具有很好的應用前景. 【作者單位】： 吉林大學電子科學與工程學院集成光電子學國家重點聯(lián)合實驗室吉林大學實驗區(qū);中國科學院半導體所材料科學重點實驗室;
【關鍵詞】： 光電子學 紅外光譜學 氣體檢測儀 紅外吸收 數(shù)字鎖相放大器 諧波分析 數(shù)字信號處理器
【基金】：國家科技支撐計劃項目(Nos.2013BAK06B04,2014BAD08B03-4) 國家自然科學基金項目(No.61307124) 吉林省科技發(fā)展計劃項目(Nos.20120707,20140307014SF) 長春市科技發(fā)展計劃項目(Nos.11GH01,14KG022)資助~~
【分類號】：O659.36;TN722
【正文快照】： 0　引言1　正交鎖相放大器的研制近年來,檢測有害氣體[1-4]越來越受到人們關注.1.1　正交鎖相放大原理在眾多的氣體檢測方法中,紅外吸收光譜法應用廣泛.從差分輸入信號中提取諧波信號,主要用到正交可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(Tunable　Diode　Laser鎖相放大原理,其原理框圖如圖

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