可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)結(jié)合半導(dǎo)體激光器可調(diào)諧的特點(diǎn)及氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)能量光的吸收特性,憑借靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于氣體濃度檢測(cè)。TDLAS技術(shù)氣體濃度檢測(cè)包括波長(zhǎng)調(diào)制、氣體吸收、二次諧波解調(diào)等環(huán)節(jié),吸收信號(hào)的二次諧波分量攜帶氣體濃度信息,用于計(jì)算氣體濃度。利用MATLAB對(duì)氣體檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行了信號(hào)仿真,并利用數(shù)字鎖相放大算法提取了二次諧波信號(hào),驗(yàn)證了二次諧波與氣體濃度的關(guān)系。通過(guò)仿真分析了二次諧波信號(hào)隨調(diào)制系數(shù)的變化關(guān)系,以便確定較佳的調(diào)制參數(shù),為后續(xù)系統(tǒng)搭建與氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)提供參考。

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【部分圖文】：

圖1 調(diào)制后的激光器輸出信號(hào)

如圖1所示為調(diào)制后的激光器輸出信號(hào)。在實(shí)際系統(tǒng)中，激光器的輸出中心波長(zhǎng)和輸出功率會(huì)隨著注入電流的不同發(fā)生較為復(fù)雜的變化[9-10]。半導(dǎo)體激光器的非線性影響因素仿真中一般難以實(shí)現(xiàn)，因此忽略非線性影響得到激光器輸出信號(hào)與驅(qū)動(dòng)調(diào)制信號(hào)波形一致。3.2氣體吸收信號(hào)仿真

圖2 氣體的Lorentz吸收線型

氣體的吸收光譜在地球低空附近主要由碰撞展寬引起，自然展寬和多普勒展寬可忽略不計(jì)[11]，因此仿真氣體吸收光譜線時(shí)可近似認(rèn)為是Lorentz線型，CO2吸收譜線強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)可通過(guò)HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)查詢。為方便仿真，Lorentz線型函數(shù)中的相關(guān)參數(shù)設(shè)為比實(shí)際數(shù)值大的簡(jiǎn)單整數(shù)或小數(shù)....

圖3 探測(cè)器測(cè)得的的調(diào)制吸收信號(hào)

在氣體吸收池內(nèi)覆蓋氣體吸收譜線的光能量被氣體充分吸收，探測(cè)器測(cè)得該調(diào)制吸收信號(hào)如圖3所示，圖中凹陷處便對(duì)應(yīng)氣體吸收能量最多的吸收峰處，探測(cè)信號(hào)包含了激光器的調(diào)制信號(hào)。3.3二次諧波信號(hào)仿真

圖4 鎖相解調(diào)的一次和二次諧波信號(hào)

利用鎖相放大器可從調(diào)制吸收信號(hào)中提取出二次諧波，進(jìn)而推出氣體濃度。鎖相放大器的實(shí)質(zhì)為傅里葉變換器，由相關(guān)檢測(cè)原理可知，其輸出信號(hào)只與輸入信號(hào)中與參考信號(hào)一致的頻率有關(guān)，其他頻率的信號(hào)不會(huì)對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生影響[13-14]。因此，在鎖相放大器的仿真過(guò)程中，參考信號(hào)的頻率為正弦信號(hào)頻率....

本文編號(hào)：4036806