一种用于微量水蒸气检测的驱动直流调节并锁相的新方法

摘要

一种用于微量水蒸气检测的驱动直流调节并锁相的新方法,属于光纤传感探测技术领域。对激光器进行波长调制，分别对经过气体吸收峰和无吸收处处的信号利用锁相技术进行探测并进行信号处理。实现系统包括激光器的温控和驱动模块、DFB激光器，气室，光电探测器，电流电压转换模块，锁相模块，单片机。本方法使用锁相模块并在锁相之前进行激光器驱动信号的直流调整，使锁相结果为直流信号，便于找底（无吸收处）并进行平均处理，可大幅提高信噪比，有效提取气体浓度信息。且这个系统还有体积小，结构简单，成本低廉等优点。

主权项

一种用于微量水蒸气检测的驱动直流调节并锁相的新方法，由以下测量系统来实现，该系统包括激光器的温控和驱动模块、DFB激光器、气室、光电探测器、电流电压转换模块、锁相模块、单片机，其中激光器的温控和驱动模块与DFB激光器相连接，DFB激光器位于气室之前，气室后面放置光电探测器，光电探测器输出端连接到电流电压转换模块的输入端，电流电压转换模块的输出端和锁相模块相连接，锁相模块和单片机相连接，激光器的温控和驱动模块负责DFB激光器的温度控制，提供DFB激光器的调制信号，分别给出位于水蒸气吸收峰处波长即1368.597nm和1368.41nm波长的直流偏置信号用于DFB激光器输出中心波长的选择，同时给锁相模块提供参考信号；输出激光经过气室后由光电探测器接收经过水蒸气吸收峰处和无吸收处波长的激光，电流电压转换模块用于将光电探测器转换的光电流转换为电压信号，锁相模块用于从转换的电压信号中选取与参考信号频率同频的信号，由于中心波长的选择固定因此锁相结果是直流信号，而单片机则对锁相结果检测平均后输出显示，该方法步骤如下：1)控制驱动和温控模块产生一次调制信号用于DFB激光器驱动，并产生频率二倍于一次调制波的二次参考信号用于锁相模块选频，同时，通过单片机控制驱动信号用于产生使DFB激光器输出光波长中心分别在水蒸气吸收峰处和无吸收处的位置的直流信号，分别用于检测吸收强度和无吸收时基准选取；2)连接光路，激光器输出端连接待测气体的气室后由光电探测器接收，之后由电压电流转换模块转换为与驱动信号相应的含有水蒸汽吸收的电压信号；3)电压电流转换模块输出端连接锁相模块，对转换后的结果进行锁相，得到与二次参考信号相同频率的直流谐波信号，分别对经过水蒸气吸收峰和无吸收处所得的直流信号平均后相减得到水蒸气浓度信息。