数字正交锁相放大器的研制及其在甲烷检测中的应用

【摘要】：利用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测气体浓度时,为了从红外传感信号中提取一次及二次谐波信号来表征气体浓度,研发了一种基于数字信号处理器的数字正交锁相放大器.介绍正交锁相放大原理,设计谐波提取算法,给出数字正交锁相放大器的软硬件实现方案.利用配备的浓度为1%~5%的甲烷样品以及研制的锁相放大器,开展气体实验.实验结果显示,当甲烷浓度为5%时,在二次谐波对应的频率点处,测得的系统信噪比为34dB,表明设计的锁相放大器具有较好的性能;测得的二次与一次谐波信号峰峰值的比值与气体浓度成线性关系;考虑动态配气以及气体沿管道传输的时间,检测系统的响应时间约为96~98s;气体浓度为20 000ppm时,测试浓度波动范围为-92ppm~+118ppm;根据Allan方差预测的系统检测下限为29.52ppm.与模拟锁相放大器以及商用锁相放大器相比,本文研制的数字正交锁相放大器硬件结构简单、体积小、成本低、易于集成,在红外气体检测领域具有很好的应用前景. 【作者单位】： 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区;中国科学院半导体所材料科学重点实验室;
【关键词】： 光电子学 红外光谱学 气体检测仪 红外吸收 数字锁相放大器 谐波分析 数字信号处理器
【基金】：国家科技支撑计划项目(Nos.2013BAK06B04,2014BAD08B03-4) 国家自然科学基金项目(No.61307124) 吉林省科技发展计划项目(Nos.20120707,20140307014SF) 长春市科技发展计划项目(Nos.11GH01,14KG022)资助~~
【分类号】：O659.36;TN722
【正文快照】： 0　引言1　正交锁相放大器的研制近年来,检测有害气体[1-4]越来越受到人们关注.1.1　正交锁相放大原理在众多的气体检测方法中,红外吸收光谱法应用广泛.从差分输入信号中提取谐波信号,主要用到正交可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable　Diode　Laser锁相放大原理,其原理框图如图

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