光纖氣體傳感器

1、光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖氣體傳感器光纖氣體傳感器 光譜吸收式光纖甲烷檢測系統(tǒng)光譜吸收式光纖甲烷檢測系統(tǒng) 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)各種光纖氣體傳感器及其性能比較傳感器類型傳感器類型優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點干涉型干涉型靈敏度高靈敏度高穩(wěn)定性差，難以實現(xiàn)遙測穩(wěn)定性差，難以實現(xiàn)遙測反射型反射型靈敏度較高靈敏度較高線性范圍窄，長期穩(wěn)定性差，需加線性范圍窄，長期穩(wěn)定性差，需加工工光纖漸逝場光纖漸逝場氣體傳感器氣體傳感器靈敏度高，能實現(xiàn)分靈敏度高，能實現(xiàn)分布式傳感及交叉分辨布式傳感及交叉分辨表面污染問題嚴(yán)重，其中多聚物包表面污染問題嚴(yán)重，其中多聚物包層光纖對相對溫度、濕度、漸逝場層光纖對相對溫度

2、、濕度、漸逝場的強(qiáng)度依賴性大；需加工的強(qiáng)度依賴性大；需加工近近紅紅外外吸吸收收差分吸收檢測差分吸收檢測靈敏度高靈敏度高 斬波器的使用使得穩(wěn)定性不高，濾斬波器的使用使得穩(wěn)定性不高，濾波片的使用使得有用光功率不足波片的使用使得有用光功率不足諧波檢測諧波檢測靈敏度高，穩(wěn)定性較靈敏度高，穩(wěn)定性較好好需求光源可調(diào)諧范圍較寬，頻率穩(wěn)需求光源可調(diào)諧范圍較寬，頻率穩(wěn)定度高，光源驅(qū)動較復(fù)雜定度高，光源驅(qū)動較復(fù)雜光吸收熱效應(yīng)光吸收熱效應(yīng)靈敏度較高靈敏度較高傳感探頭帶電，難以實現(xiàn)遙測，且傳感探頭帶電，難以實現(xiàn)遙測，且需要大功率輸出光源需要大功率輸出光源光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p光譜吸收型光纖傳感器光譜吸收型

3、光纖傳感器光譜吸收法是光譜吸收法是通過檢測氣體透射光強(qiáng)或反通過檢測氣體透射光強(qiáng)或反射光強(qiáng)的變化射光強(qiáng)的變化來檢測氣體濃度的方法。每來檢測氣體濃度的方法。每種氣體分子都有自己的吸收種氣體分子都有自己的吸收( (或輻射或輻射) )譜特征，譜特征，光源的發(fā)射譜只有在與氣體吸收譜重疊的光源的發(fā)射譜只有在與氣體吸收譜重疊的部分才產(chǎn)生吸收，吸收后的光強(qiáng)將發(fā)生變部分才產(chǎn)生吸收，吸收后的光強(qiáng)將發(fā)生變化?；９饫w甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p光譜吸收型光纖傳感器光譜吸收型光纖傳感器光譜吸收型光纖傳感器是光譜吸收型光纖傳感器是基于激光光譜分基于激光光譜分析技術(shù)析技術(shù)設(shè)計的，結(jié)合現(xiàn)代光纖通信技術(shù)，設(shè)計的，結(jié)合現(xiàn)代光

4、纖通信技術(shù)，將以前主要用于實驗室氣體分析的激光光將以前主要用于實驗室氣體分析的激光光譜分析技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場。同時譜分析技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場。同時利用光利用光纖技術(shù)纖技術(shù)的特點，使光譜吸收型光纖傳感器的特點，使光譜吸收型光纖傳感器在探測靈敏度、遠(yuǎn)程遙測、多點測量方面在探測靈敏度、遠(yuǎn)程遙測、多點測量方面發(fā)揮更大的優(yōu)勢發(fā)揮更大的優(yōu)勢 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p近紅外光譜吸收型光纖傳感器近紅外光譜吸收型光纖傳感器 近紅外光譜吸收型光纖氣體傳感器與其他近紅外光譜吸收型光纖氣體傳感器與其他光纖氣體傳感器相比具有極高的測量靈敏光纖氣體傳感器相比具有極高的測量靈敏度，極高的氣體鑒別能力，快速的響應(yīng)能度

5、，極高的氣體鑒別能力，快速的響應(yīng)能力，簡單可靠的氣體傳感探頭、氣室以及力，簡單可靠的氣體傳感探頭、氣室以及易于形成網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點，是目前研究最廣泛，易于形成網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點，是目前研究最廣泛，最有前途的一種光纖氣體傳感技術(shù)。最有前途的一種光纖氣體傳感技術(shù)。 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p 核心思想：核心思想：Lambert-BeerLambert-Beer定律定律光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)outin( )exp( )IIvv CL 為光頻為為光頻為v處的吸收系數(shù)，表示體積濃度為處的吸收系數(shù)，表示體積濃度為100%，吸收光程長度為，吸收光程長度為1cm時吸收氣體對頻率為時

6、吸收氣體對頻率為的的v單色光的吸收能力；單色光的吸收能力；C為吸收氣體體積濃度百分比；為吸收氣體體積濃度百分比；L為總的氣體吸收光程，單位為總的氣體吸收光程，單位cm。 ( )v光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p 核心思想：核心思想：Lambert-BeerLambert-Beer定律定律光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)outin( )exp( )IIvv CL當(dāng)當(dāng)C 或或L 很小時，有很小時，有( )1v CL則則Lambert-Beer定律近似為：定律近似為：outin( ) 1( )IIvv CL 0201vvv0v0為氣體吸收譜線中心波數(shù)；為氣體吸收譜線中心波數(shù)

7、；為氣體吸收譜線半寬；為氣體吸收譜線半寬； 為氣體吸收譜線中心處的吸收系數(shù)為氣體吸收譜線中心處的吸收系數(shù) 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p 核心思想：核心思想：Lambert-BeerLambert-Beer定律定律光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)outin( ) 1( )IIvv CL 0201vvv光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p氣體分子光譜吸收理論氣體分子光譜吸收理論 氣體分子只氣體分子只吸收那些能吸收那些能量正好等于它的某兩個量正好等于它的某兩個能級的能量之差的光子能級的能量之差的光子，吸收的光子后的分子將吸收的光子后的分子將從低能態(tài)激發(fā)到較高的從低能態(tài)激發(fā)

8、到較高的能態(tài)上，在激發(fā)態(tài)停留能態(tài)上，在激發(fā)態(tài)停留很短的時間后，有通過很短的時間后，有通過釋放出光子回到穩(wěn)定態(tài)，釋放出光子回到穩(wěn)定態(tài)，這就是這就是氣體分子的選擇氣體分子的選擇吸收理論吸收理論。 甲烷氣體吸收光譜圖甲烷氣體吸收光譜圖光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)光譜吸收式氣體傳感器理論基礎(chǔ)光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p 檢測方法檢測方法差分吸收技術(shù)差分吸收技術(shù)調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 單波長差分單波長差分雙波長差分雙波長差分強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制濃度調(diào)制濃度調(diào)制波長調(diào)制波長調(diào)制 目的：目的：抑制噪聲，提高靈敏度抑制噪聲，提高靈敏度光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)一路通過含有被測氣體的檢測氣室；一路通過含有被測

9、氣體的檢測氣室；一路通過不含被測氣體的參考?xì)馐壹匆宦吠ㄟ^不含被測氣體的參考?xì)馐壹凑婵眨渌p代表了光路中與被測物真空，其衰減代表了光路中與被測物質(zhì)無關(guān)的損耗。質(zhì)無關(guān)的損耗。光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 優(yōu)點：優(yōu)點：可從理論上完全消除光路可從理論上完全消除光路的干擾因素，并消除光源輸出光的干擾因素，并消除光源輸出光功率不穩(wěn)定的影響。功率不穩(wěn)定的影響。缺點：缺點：對光源中心波長的漂移以對光源中心波長的漂移以及濾波特性對檢測結(jié)果的影響是及濾波特性對檢測結(jié)果的影響是無能為力的。無能為力的。光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 1 212光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)

10、優(yōu)點：優(yōu)點：有效消除光路干擾和光源強(qiáng)度變化有效消除光路干擾和光源強(qiáng)度變化的影響，靈敏度高的影響，靈敏度高 缺點：缺點：斬波器的使用，使得穩(wěn)定性不高；斬波器的使用，使得穩(wěn)定性不高；濾波片的使用，使得有用光功率不足。濾波片的使用，使得有用光功率不足。光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 光強(qiáng)調(diào)制光強(qiáng)調(diào)制 outin( ) 1( )IIvv CL頻率調(diào)制頻率調(diào)制光程調(diào)制光程調(diào)制濃度調(diào)制濃度調(diào)制光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 光強(qiáng)調(diào)制是按一定規(guī)律改變?nèi)肷涔夤鈴?qiáng)調(diào)制是按一定規(guī)律改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，然后在輸出端按照相應(yīng)的的強(qiáng)度，然后在輸出端按照相應(yīng)的規(guī)律解調(diào)出氣體吸收信號的過程。規(guī)律解調(diào)出氣體吸收信號的過程。

11、 光強(qiáng)調(diào)制光強(qiáng)調(diào)制0( )( )(1sin)exp()IImtCL001( )(1)( ) (1)sinCLICLImCLt00( , )( )(1sin)ItImt 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 為了提高信噪比，應(yīng)該增大調(diào)制系數(shù)。光為了提高信噪比，應(yīng)該增大調(diào)制系數(shù)。光源的強(qiáng)度調(diào)制是通過調(diào)制激光器的注入電源的強(qiáng)度調(diào)制是通過調(diào)制激光器的注入電流實現(xiàn)的，而注入電流的大幅度變化會導(dǎo)流實現(xiàn)的，而注入電流的大幅度變化會導(dǎo)致激光器輸出光的波長發(fā)生變化；后者很致激光器輸出光的波長發(fā)生變化；后者很小的變化就會使氣體吸收系數(shù)發(fā)生很大的小的變化就會使氣體吸收系數(shù)發(fā)生很大的變化。因此，變化。因此，光源強(qiáng)度調(diào)制檢

12、測氣體濃度光源強(qiáng)度調(diào)制檢測氣體濃度是一種很粗糙的手段是一種很粗糙的手段。 光強(qiáng)調(diào)制光強(qiáng)調(diào)制0( )( )(1sin)exp()IImtCL001( )(1)( ) (1)sinCLICLImCLt光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 對氣體濃度的調(diào)制可以通過對氣室對氣體濃度的調(diào)制可以通過對氣室內(nèi)氣體的壓力進(jìn)行調(diào)制來實現(xiàn)，利內(nèi)氣體的壓力進(jìn)行調(diào)制來實現(xiàn)，利用基于聲諧振蕩器原理的聲波調(diào)制用基于聲諧振蕩器原理的聲波調(diào)制可以達(dá)到這一目的。可以達(dá)到這一目的。 濃度調(diào)制在理論上是一種抗干擾能濃度調(diào)制在理論上是一種抗干擾能力較強(qiáng)的檢測方法，但是力較強(qiáng)的檢測方法，但是精確的調(diào)精確的調(diào)制聲波駐場不容易實現(xiàn)制聲波駐場不

13、容易實現(xiàn)，對氣室和，對氣室和聲波振蕩裝置要求都很高；另外，聲波振蕩裝置要求都很高；另外，聲源的驅(qū)動可能會使氣室受到電磁聲源的驅(qū)動可能會使氣室受到電磁干擾干擾，影響檢測的精確度。，影響檢測的精確度。濃度調(diào)制濃度調(diào)制 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 因半導(dǎo)體激光器輸出波長與注入的驅(qū)動電因半導(dǎo)體激光器輸出波長與注入的驅(qū)動電流有關(guān)，可通過調(diào)制注入電流實現(xiàn)對光源流有關(guān)，可通過調(diào)制注入電流實現(xiàn)對光源波長的調(diào)制，從而形成一種波長的調(diào)制，從而形成一種波長調(diào)制光譜波長調(diào)制光譜技術(shù)技術(shù)（WMS, Wavelength Modulation Spectroscopy ） 優(yōu)點：優(yōu)點：可以抑制檢測系統(tǒng)中的各種背景噪

14、可以抑制檢測系統(tǒng)中的各種背景噪聲，提高系統(tǒng)的檢測靈敏度，實現(xiàn)低濃度聲，提高系統(tǒng)的檢測靈敏度，實現(xiàn)低濃度（可達(dá)（可達(dá)ppm量級）氣體的檢測量級）氣體的檢測 波長調(diào)制波長調(diào)制 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制波長調(diào)制 in011cosIIvIvtcosDvvvt加入正弦信號調(diào)制后的電流：加入正弦信號調(diào)制后的電流：激光器輸出的頻率：激光器輸出的頻率：甲烷吸收線線型函數(shù)為：甲烷吸收線線型函數(shù)為： 020cos1Dvvvtv光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制波長調(diào)制 當(dāng)當(dāng) 0Dvv有：有： 02cos1vvt展開成

15、傅里葉偶函數(shù)有：展開成傅里葉偶函數(shù)有： 0024cos2cos4vAAtAt01222 1xAxvx1222212222 22 11xxAxx光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制波長調(diào)制 當(dāng)當(dāng) 0Dvv有：有： 02cos1vvt展開成傅里葉偶函數(shù)有：展開成傅里葉偶函數(shù)有： 0024cos2cos4vAAtAtout010000202( )111cos2cos2III vCLA CLA CLtA CLt光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制波長調(diào)制 經(jīng)過前置放大電路及鎖相放大器諧波提取，經(jīng)過前置放大電路及鎖相放大器諧波提取，可得一、二次諧波信號包絡(luò)為可得一、二次諧波信號包絡(luò)為 010

16、120011( )( )2fIIMSIBI vBI vAACL 201022( )fSIBIvA CL Vpp1SCM方案一：方案一：一次諧波檢測一次諧波檢測方案二：方案二：max2SCM二次諧波檢測二次諧波檢測光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 諧波檢測技術(shù)諧波檢測技術(shù)(Harmonic Detection)的的理論基礎(chǔ)是傅立葉變換理論，理論基礎(chǔ)是傅立葉變換理論，已被廣泛已被廣泛應(yīng)用于微弱信號檢測領(lǐng)域應(yīng)用于微弱信號檢測領(lǐng)域。其基本原理。其基本原理是通過頻率來調(diào)制某個依賴于此頻率變是通過頻率來調(diào)制某個依賴于此頻率變化的信號，使其覆蓋待測的特征信號，化的信號，使其覆蓋待測的特征信號，然后在數(shù)據(jù)采集

17、處理過程中，以該調(diào)制然后在數(shù)據(jù)采集處理過程中，以該調(diào)制頻率作為鎖相放大器（頻率作為鎖相放大器（Lock-in Amplifier）的參考輸入頻率，提取出含）的參考輸入頻率，提取出含有特征信息的信號，這個信號是與該頻有特征信息的信號，這個信號是與該頻率有關(guān)的一系列諧波信息。率有關(guān)的一系列諧波信息。光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制的難點波長調(diào)制的難點 系統(tǒng)的穩(wěn)定性容易受到溫度、電系統(tǒng)的穩(wěn)定性容易受到溫度、電流波動等因素的影響，激光器波流波動等因素的影響，激光器波長也主要和溫度和電流這兩個因長也主要和溫度和電流這兩個因素有關(guān)。素有關(guān)。在近紅外區(qū)，氣體吸收線的譜線在近紅外區(qū)，氣體吸收線的譜線

18、寬度很窄，所以，當(dāng)溫度、電流寬度很窄，所以，當(dāng)溫度、電流波動時激光器中心波長很難嚴(yán)格波動時激光器中心波長很難嚴(yán)格對準(zhǔn)氣體吸收峰。對準(zhǔn)氣體吸收峰。 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制的實現(xiàn)波長調(diào)制的實現(xiàn) 附加參考?xì)馐遗c波長調(diào)制相結(jié)合的方法附加參考?xì)馐遗c波長調(diào)制相結(jié)合的方法 經(jīng)過余弦調(diào)制的光通過一個參考?xì)馐遥瑓⒔?jīng)過余弦調(diào)制的光通過一個參考?xì)馐?，參考?xì)馐覂?nèi)裝有濃度固定且和被測氣體種類考?xì)馐覂?nèi)裝有濃度固定且和被測氣體種類相同的氣體；相同的氣體；光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制的實現(xiàn)波長調(diào)制的實現(xiàn) 附加參考?xì)馐遗c波長調(diào)制相結(jié)合的方法附加參考?xì)馐遗c波長調(diào)制相結(jié)合的方法 若激光器輸出中心波

19、長和氣體吸收峰中心波若激光器輸出中心波長和氣體吸收峰中心波長對準(zhǔn)，理論上一次諧波為零，如果中心波長對準(zhǔn)，理論上一次諧波為零，如果中心波長有一定偏差，就會產(chǎn)生一次諧波，這樣就長有一定偏差，就會產(chǎn)生一次諧波，這樣就可以利用一次諧波作為誤差信號，將光源波可以利用一次諧波作為誤差信號，將光源波長精確的鎖定在氣體的吸收峰上。長精確的鎖定在氣體的吸收峰上。光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制的實現(xiàn)波長調(diào)制的實現(xiàn) 波長掃描與波長調(diào)制相結(jié)合的方法波長掃描與波長調(diào)制相結(jié)合的方法 三角波掃描與正弦波調(diào)制三角波掃描與正弦波調(diào)制 激光二極管的驅(qū)動電流由直流量、余弦波激光二極管的驅(qū)動電流由直流量、余弦波和三角波信

20、號組成和三角波信號組成 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制的實現(xiàn)波長調(diào)制的實現(xiàn) 波長掃描與波長調(diào)制相結(jié)合的方法波長掃描與波長調(diào)制相結(jié)合的方法 直流量對應(yīng)激光二極管的中心波長；直流量對應(yīng)激光二極管的中心波長； 高頻的余弦信號，用于實現(xiàn)對激光器波長高頻的余弦信號，用于實現(xiàn)對激光器波長的調(diào)制；的調(diào)制； 低頻三角波信號用于改變激光二極管的輸?shù)皖l三角波信號用于改變激光二極管的輸出波長，使其在中心波長附近進(jìn)行掃描。出波長，使其在中心波長附近進(jìn)行掃描。 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 波長調(diào)制的實現(xiàn)波長調(diào)制的實現(xiàn) 波長掃描與波長調(diào)制相結(jié)合的方法波長掃描與波長調(diào)制相結(jié)合的方法 特點：特點：激光二極管

21、的中心波長不需要嚴(yán)格激光二極管的中心波長不需要嚴(yán)格的對準(zhǔn)氣體的吸收峰，從而不需要對激光的對準(zhǔn)氣體的吸收峰，從而不需要對激光二極管采取穩(wěn)頻措施，仍可以達(dá)到很高的二極管采取穩(wěn)頻措施，仍可以達(dá)到很高的檢測靈敏度檢測靈敏度 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p 微弱信號檢測技術(shù)微弱信號檢測技術(shù) 微弱信號檢測是吸收型光纖氣體傳感器的關(guān)鍵技術(shù)之一。微弱信號檢測是吸收型光纖氣體傳感器的關(guān)鍵技術(shù)之一。 噪聲是限制微弱信號檢測系統(tǒng)的決定性因素，對于微弱信噪聲是限制微弱信號檢測系統(tǒng)的決定性因素，對于微弱信號檢測來說，如能有效克服噪聲，就可以提高信號檢測的號檢測來說，如能有效克服噪聲，就可以提高信號檢測的靈敏度。靈敏

22、度。 光電探測器輸出的信號中，含有氣體濃度信息的信號是淹光電探測器輸出的信號中，含有氣體濃度信息的信號是淹沒在噪聲中的微弱電信號，尤其在低濃度氣體檢測的情況沒在噪聲中的微弱電信號，尤其在低濃度氣體檢測的情況下，微弱檢測信號本身的起伏、傳感器的優(yōu)劣、放大電路下，微弱檢測信號本身的起伏、傳感器的優(yōu)劣、放大電路及測量儀器的固有噪聲以及外界的干擾噪聲等，使得有用及測量儀器的固有噪聲以及外界的干擾噪聲等，使得有用的被測信號被大量的噪聲和干擾所淹沒。的被測信號被大量的噪聲和干擾所淹沒。 微弱信號檢測的關(guān)鍵在于抑制噪聲，恢復(fù)、增強(qiáng)和提取有微弱信號檢測的關(guān)鍵在于抑制噪聲，恢復(fù)、增強(qiáng)和提取有用信號，即提高其信噪

23、改善比。用信號，即提高其信噪改善比。光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)p 微弱信號檢測技術(shù)微弱信號檢測技術(shù) 主要方法：濾波技術(shù)、相關(guān)原理和相關(guān)檢測技術(shù)、主要方法：濾波技術(shù)、相關(guān)原理和相關(guān)檢測技術(shù)、低噪聲放大等。低噪聲放大等。相關(guān)原理：相關(guān)原理：鎖相放大器鎖相放大器（基于互相關(guān)原理）（基于互相關(guān)原理） 鎖相放大器作為一種有效地檢測微弱信號的手段鎖相放大器作為一種有效地檢測微弱信號的手段在研究中廣泛應(yīng)用，它可在強(qiáng)噪聲及噪聲環(huán)境中在研究中廣泛應(yīng)用，它可在強(qiáng)噪聲及噪聲環(huán)境中測量微弱慢變的光學(xué)信號，在光學(xué)測量中有重要測量微弱慢變的光學(xué)信號，在光學(xué)測量中有重要作用。作用。 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)

24、鎖相放大器鎖相放大器用調(diào)制器將直流或慢變信號的頻譜遷移到調(diào)制頻用調(diào)制器將直流或慢變信號的頻譜遷移到調(diào)制頻率處，再進(jìn)行放大，以避開噪聲的不利影響；率處，再進(jìn)行放大，以避開噪聲的不利影響； 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 鎖相放大器鎖相放大器利用相敏檢測器實現(xiàn)調(diào)制信號的解調(diào)過程，可以利用相敏檢測器實現(xiàn)調(diào)制信號的解調(diào)過程，可以同時利用頻率和相角進(jìn)行檢測，噪聲與信號同頻同時利用頻率和相角進(jìn)行檢測，噪聲與信號同頻又同相的概率很低；又同相的概率很低； 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 鎖相放大器鎖相放大器用低通濾波器而不是用帶通濾波器來抑制寬帶噪用低通濾波器而不是用帶通濾波器來抑制寬帶噪聲。低通濾波器的

25、頻帶可以做的很窄，而且其頻聲。低通濾波器的頻帶可以做的很窄，而且其頻帶寬度不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于帶寬度不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于帶通濾波器。帶通濾波器。 光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng) 鎖相放大器鎖相放大器被測信號被測信號0( )cos()( )sx tVtn t參考輸入?yún)⒖驾斎?( )cos()rr tVt0011( )( )( )cos( )cos(2)( )cos()22psrsrrutx tr tVVVVtn t Vt輸出信號輸出信號1( )cos2osru tVV光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)設(shè)計方案檢測系統(tǒng)設(shè)計方案一次諧波檢測系統(tǒng)框圖一次諧波檢測系統(tǒng)框圖光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)設(shè)計方案檢測系統(tǒng)設(shè)計方案一次諧波檢測系統(tǒng)框圖一次諧波檢測系統(tǒng)框圖光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)設(shè)計方案檢測系統(tǒng)設(shè)計方案一次和二次諧波檢測系統(tǒng)框圖一次和二次諧波檢測系統(tǒng)框圖光纖甲烷檢測系統(tǒng)光纖甲烷檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)設(shè)計方案檢測系統(tǒng)設(shè)計方案 LD