对数字锁相放大器远程控制的谐波探测

利用数字锁相放大器处理光谱信号的高次谐波 ,并实现了计算机对锁相放大器的控制。通过对Cs原子D2 线的谐波探测 ,研究结果表明 :锁相放大器用于探测气体的高次谐波 (高于二次 )的直接吸收光谱 ,可以得到较常见的二次谐波探测更高的信噪比     

利用数字锁相放大器进行谐波探测的实验研究

利用数字锁相放大器处理光谱信号的高次谐波,并实现了计算机对锁相放大器的控制。通过对Ｃｓ原子Ｄ２线的谐波探测,研究结果表明：锁相放大器用于探测气体的高次谐波（高于二次）的直接吸收光谱,可以得到较常见的二次谐波探测更高的信噪比。     

基于数字锁相放大器的甲烷气体检测仪设计

针对甲烷气体浓度实时检测的要求,设计了一型基于谐波检测原理的检测仪器。该仪器由DFB激光器、准直器、角反射器构成高信噪比光路系统,由数字锁相放大器提取甲烷气体吸收后的一次和二次谐波,并采用标准仪器校准、最小二乘拟合等方法,得到了甲烷气体浓度计算公式,最大测量误差不超过1.1%。测试表明：该仪器通过高性能光路系统和数字电路提取微弱信号,提高了仪器工作稳定性和检测信噪比,测量误差满足使用要求。     

基于虚拟锁相放大器的中红外CO检测系统

利用PC机和LabVIEW平台较强的数据处理能力, 设计并实现了一种基于虚拟锁相放大器的中红 外CO检测系统。系统采用双通道热释电探测器检测气体浓度,利用USB数据采集卡采集 探测器的传感信号,利用LabVIEW平台的乘法器、滤波器及直流幅值提取模块构建的虚拟锁 相放大器提 取传感信号幅度。为了表征虚拟锁相放大器的性能,利用幅度可调的标准正弦信号作为 待测信号,对 虚拟锁相放大器输出信号的幅度与标准正弦信号的幅度做实验测量与对比,二者呈现出良 好的线性关系, 线性拟合优度约为99.978%。对配备的20种CO气体 样品开展气体标定实验,并测量 了本文系统的精度、稳定性和检测下限等指标。实验结果显示,系统的检测下限约为50×10－6,对20种气体 样品的检测误差均小于4.2%,对浓度为3500×10－6气体样品3h测量结果的最大波动范围为±6%。 由于LabVIEW资源丰富且功能可任意扩展,因此在实验室环境中的气体检测,本文系统相 比采用嵌入式微处理器的系统更具有优势。     

基于TDLAS技术的人体呼气末CO_2在线检测

呼出气体分析是一种测量呼出气体成分和含量的新技术,在人体健康的无创检测和分析中应用得越来越广泛。基于低成本微型垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)搭建了可调谐激光吸收光谱(TDLAS)气体分析系统,实现了人体呼出CO_2的在线测量。该系统主要由激光管、驱动控制电路、光电探测器、放大电路、数据采集卡、控制软件、锁相放大器及赫里奥特气体池构成。该检测池的体积为400 mL,有效光程为20 m,激光光源的中心波长为1579.57 nm。采用波长调制吸收光谱技术中的二次谐波幅值反演计算人体呼出CO_2的浓度。该系统可以实现精准、无损、高效地在线测量人体呼出CO_2气体的浓度,波动范围小于±0.06%,灵敏度为0.14%。这一研究为近红外TDLAS技术研究人体呼出气体与相关疾病标志物的无创检测提供了新的研究思路。     

非合作目标高精度激光甲烷遥测参数仿真分析与实验研究

针对非合作目标激光甲烷遥测系统测量误差大、精度低和抗干扰能力差等问题,基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)技术和波长调制光谱(wavelength modulation spectroscopy, WMS)技术,利用simulink软件建立一套甲烷积分浓度遥测仿真系统。采用归一化二次谐波检测技术去除环境干扰。仿真分析了正弦波频率和调制系数m对归一化二次谐波信号的影响,结果表明,m=2.2为最佳调制系数,正弦波频率的大小对归一化二次谐波信号无影响,确定了甲烷积分浓度检测的有效范围为0—2000 ppm·m,在该范围内,系统仿真的误差为-3.57%—4.06%。根据仿真结果对遥测仪进行了相关参数优化和实验研究与分析,结果表明系统测量误差为-4.68%—2.45%,采用Allan方差分析方法对系统的稳定性和检测限进行评估,该系统5 s积分时间内的检测下限为37.85 ppm·m,最佳积分时间为345 s,对应的检测下限为6.27 ppm·m。该研究结果对高精度激光甲烷遥测系统研发具有重要的意义。     

基于Simulink的锁相放大器微弱信号检测仿真分析

介绍了锁相放大器检测微弱信号的原理,并用Simulink对其进行了仿真实现,分析了白噪声及谐波噪声对信号的影响,从提高输出信噪比的角度对检测参数设置进行了分析,为锁相放大器的设计提供了参考依据。     

对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用

为了提高痕量气体检测的稳定性并扩大动态范围,引入对数变换方法和差分检测电路,对常规波长调制光谱技术进行了改良。在使用锁相放大器提取与气体吸收相关的谐波信号之前,由自制的接收器完成对数变换和差分检测功能。通过对数变换,使激光强度调制与气体吸收引起的光功率衰减量实现了分离,再利用差分检测消除前者。受益于此双管齐下的策略,理论上可以捕捉吸收光谱的任意阶谐波分量,并且免受剩余幅度调制和谐波畸变的影响。为了验证理论,对NH3的P（6）吸收谱线的二次谐波进行了采集。在296 K的环境温度、1.01105 Pa的总压力和24.5 cm的有效光程下,假设信噪比降低为1时推导得到的理论检测下限为0.7 ppm（1 ppm=10-6）。以上结果表明该方案是痕量气体检测应用的一种理想选择。     

外腔式二极管激光器的低频电压波长调制和谐波探测的实验研究

对单模、可调谐外腔式二极管激光器采用调节激光外腔压电电压的方法实现波长调制 ,利用数字锁相放大器处理光谱信号的高次谐波。通过对 Cs原子 D2 线的谐波探测证明用高于二次的高次谐波探测气体的直接吸收光谱可以获得更高的分辨率和信噪比。     

锁相放大器及其相关检测的仿真分析

锁相放大器是一种对检测信号和参考信号进行相关运算的电子设备.文章基于锁相放大器检测微弱信号的基本原理,简要介绍了锁相放大器的各部分组成及功能;然后在matlab中,分别以带有宽带噪声的正弦波为输入信号,以正弦波或方波作为参考信号,进行了相关检测仿真:提出了减弱相关检测中参考方波奇次谐波影响的方法,经实验证明,以方波作参考信号时,在信号通道后加入以输入信号频率为中心频率的带通滤波器减小了方波奇次谐波对直流输出的影响,使测量结果和以正弦作参考信号相当.最后介绍了其他解决方案.     

基于可调谐半导体激光吸收光谱的CO检测仪设计

为了能够实时检测出矿井下一氧化碳(CO)浓度,减少煤矿中毒事件,设计了采用可调谐半导体激光器的CO检测仪。采用波长调制光谱(WMS)与可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)相结合的气体检测技术,将检测信号从低频区域搬到高频区域,然后采用相关技术完成谐波信号的提取,从而检测出CO浓度。实验结果表明,检测下限达到12ppm,能够检测矿井下CO浓度。     

锁相放大器对微弱信号的检测研究

通过Mulitisim仿真软件,实现对锁相放大器的设计,检测出含噪声中的微弱信号。本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测电路,用来检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值及相位。     

一种红外气体检测中谐波信号锁相放大器的设计

基于波长调制光谱技术,本文设计了一种采用键控法进行相敏检测的二次谐波信号锁相放大器。与传统相敏检测方法相比,键控法相敏检测简化了电路的设计,降低锁相放大器的成本。本文利用MATLAB软件对设计搭建了仿真模型,包括带通滤波器、相敏检测器、低通滤波器等部分。通过对模型进行仿真验证了该设计,在二次谐波信号幅度为01 V,高斯带限白噪声方差为10时,输出最大误差在2以内,且具有良好的线性度。通过仿真表明该方法能够用于气体浓度检测,且方法简单,性价比高。     

波长调制光谱检测下限计算方法的研究

在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。     

基于波长调制技术的近红外甲烷检测仪

为了在煤矿环境中实时检测甲烷(CH4),利用中心波长为1.654μm的分布反馈(DFB)激光器,基于可调谐激光二极管吸收光谱法(TDLAS),实验报道了一种近红外(NIR)CH4检测仪。为了驱动DFB激光器并从差分信号中提取二次谐波信号,自主设计了激光器智能温度控制器、激光器扫描和驱动电路以及高性价比的锁相放大器,对各模块的性能做了测试和表征。利用各光学模块和电学模块,对系统进行了集成;为了得到其检测性能,开展了详细的CH4检测实验。结果显示,在0~100%的浓度范围内,相对测量误差小于7%,最小检测下限(MDL)为1.1×10-5。对两种标准浓度气体样品(浓度为1×10-3和2×10-1)的24h浓度测量结果表明,检测仪具有较好的稳定度,两组测量结果较真值的波动范围分别小于7.0%和2.5%。利用相似的检测机理和相同的硬件系统,通过更换其他波长的激光器,本文检测仪也可实现对其它气体的检测。     

采用VCSEL激光光源的TDLAS甲烷检测系统的研制

相比于使用DFB边发射激光器,采用VCSEL激光器作为检测光源的TDLAS激光气体检测系统,具有功耗低的优点。针对低功率下的TDLAS气体检测信号特点,结合VCSEL激光光源调制特性,自主开发了VCSEL激光器驱动模块、信号采集及处理模块,采用波长调制光谱(WMS)技术研制出了一套低功率甲烷(CH4)气体检测系统。选择了1653.7 nm附近CH4分子的吸收峰作为吸收谱线,采用锁相放大器提取二次谐波(2f)信号。实验研究了不同浓度的CH4检测的响应情况,记录2f信号的峰峰值并进行线性拟合,线性度为0.999 8。该检测系统在50~500 ppmv范围内,检测精度优于10%,检测下限为10 ppmv。对250 ppmv的CH4持续检测10 h,数值波动小于±2.4%。引入Allan偏差分析,初始积分时间为1 s时,Allan偏差为9.9 ppmv;积分时间达到359 s时,Allan偏差为0.06 ppmv,表征了系统良好的稳定度。     

可调谐激光波长调制技术检测氧气浓度

为了克服传统方法检测氧气浓度的一些弊端,提出了一种采用可调谐激光二极管吸收光谱法结合锁相放大的检测技术.通过改变激光二极管的驱动电流使输出波长变化扫描通过氧气的吸收峰,然后利用锁相放大技术对吸收光谱的谐波进行检测分析.利用半导体激光能量高、单色性好、输出波长可随电流调制的特点和锁相放大检测微弱信号的优势来提高信噪比与检测精度.对不同浓度的氧气进行了实际检测,可得检测线性相关系数为0.99,检测极限质量浓度为1142.86 mg/m3,且该方法具有较好的稳定性及抗干扰性.     

基于正交锁相放大器与分段快速傅里叶变换的红外乙炔传感器

针对可调谐激光二极管吸收光谱技术,提出用于对气体吸收信号进行分段快速傅里叶变换提取二次谐波信号的方法,将该方法与传统正交锁相放大器的谐波信号处理方法进行对比;利用MATLAB软件模拟产生乙炔气体吸收信号,分别验证正交锁相放大器和分段快速傅里叶变换算法的功能;设计基于LabVIEW软件的正交锁相放大器与快速傅里叶变换传感器信号处理平台,结合近红外1.533μm的分布反馈激光器以及自主研制的Herriot气室,建立近红外乙炔气体传感系统;利用配制的乙炔气体样品开展传感器的标定实验和Allan标准差测试实验。结果表明:两种方法都具有较好的线性拟合优度,并呈现出相似的稳定性。     

基于锁相放大原理的微弱信号检测电路

针对目前成品锁相放大器价格昂贵且体积大,传统窄带滤波法性能和灵活性差的特点,设计了基于锁相放大器原理的微弱信号检测电路。本电路采用单片机作为激励信号和参考信号的发生器,利用带关断引脚的运放实现相敏检波器,整个电路仅使用了5个运算放大器和一些阻容元件。实验表明,本电路能实现了从信噪比为0.1的被测信号中提取有用信号幅值的功能,测量误差控制在5%以内。由于本电路有实现简单和成本低的特点,稍加修改后可作为模块电路用到其他测量系统当中。     

基于时域频域分析结合的调谐激光吸收光谱检测参数优化

随着调谐激光吸收光谱(tunable laser absorption spectroscopy, TLAS)技术在气体检测中的应用越来越广泛,二次谐波信号的质量与检测参数紧密相关,因而分析检测参数的优化方法很有意义。本文根据谱线预处理中的滤波参数、系统采样时间、锁相放大器的时间常数对信号的影响以及参数间的联系,总结检测参数的选取规律。根据滤波原理和不同浓度下信号的均方根误差(root mean squared error,RMSE)值选择合适的滤波阶数和窗宽。选择信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、RMSE、信号与噪声频域幅度之比(ratio of amplitude in frequency domain of signal to noise,f_SNR)3种评价指标的曲线变化趋势进行时频分析,得到最佳采样周期数为30,结合实验系统具体参数可计算最佳采样时间。通过信号主频带与截止频率的关系和滤波效果选择合适的时间常数。综合分析3个检测参数并总结选取方法,可提高二次谐波信号的质量。本文提出的参数选取方法对提高二次谐波在实际应用中的准确度有...