余亚东

(绍兴文理学院电子工程系,浙江 绍兴 312000)

1 引 言

现代工业生产过程中往往会产生各种有毒有害气体,对这些气体浓度的实时检测尤为重要。随着半导体材料、光子学和电子技术的迅猛发展,利用光学传感的气体浓度检测技术也取得了快速发展。光学气体传感是以光波作为媒介来检测气体浓度,具备不受电磁干扰、非破坏性测量等电子学测量所不具备的优点。因此,近年来光学气体传感技术在石化、矿产、环保等工业领域得到广泛应用。基于光谱法常用的气体检测技术主要包括:差分吸收光谱技术、傅里叶变换红外光谱技术、可调谐激光二极管光谱吸收(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术和光声光谱(PAS)技术[1-4]。TDLAS和PAS技术具有高灵敏度、实时响应、无需经常标定等优点[5-6]。其中TDLAS技术的研究最具代表性,应用也最为广泛。TDLAS技术采用可调谐半导体激光器作为激光光源,目前多用分布反馈半导体激光二极管(Distributed Feedback Laser Diode,DFB-LD)。

根据所采用的信号解调技术的不同,TDLAS技术可分为直接差分光谱技术和波长调制光谱技术[1]。采用直接差分光谱技术的激光二极管驱动信号频率较低,容易受1/f噪声影响,检测精度低。波长调制光谱技术利用被调制的激光经过气体时,气体吸收峰会产生谐波,其二次谐波的幅值与该气体的浓度成正比这一关系来确定气体浓度。提取谐波信号幅度的核心技术是锁相放大技术[7-10],该技术能有效抑制系统中的低频噪声,提高测量精度。市场上比较成熟的锁相放大器有美国斯坦福公司研发的SR830锁相放大器,日本NFCORP公司研制的LI5630/LI5640型锁相放大器。……