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《利用数字锁相放大器对甲烷气体进行谐波探测的实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷,第3期 光谱学与光谱分析Vol125,No13,pp47324762005年3月SpectroscopyandSpectralAnalysisMarch,2005利用数字锁相放大器对甲烷气体进行谐波探测的实验研究董 磊,马维光,尹王保,李昌勇,贾锁堂山西大学物理电子工程学院,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西太原 030006-1摘 要 利用数字锁相放大器探测了甲烷气体位于610513694cm处的弱吸收线的高次谐波,并通过计算机实现了对数字锁相放大器的远程控制,用VisualBasic610编制了一套通信应用程序,界面友
2、好。实验结果与理论分析相吻合,充分验证了数字锁相放大器用于探测微量气体直接吸收光谱的高次谐波,能获得相当好的信噪比。可利用此结论对弱吸收线进行探测,从而为高灵敏探测污染气体提供了一种简单有效的实验方法。主题词 锁相放大器;谐波探测;波长调制;计算机控制;甲烷;吸收线中图分类号:O43311;TH74411 文献标识码:A 文章编号:100020593(2005)0320473204 我们可把出射光强近似为引 言I(ν)≈I0(ν)[1-α(ν)L](3) 如果用角频率为ω正弦信号叠加到反馈镜的压电陶瓷随着科学技术和生产的发展,存在着大量的淹没在噪声上
3、,会导致光频随时间变化背景中的微弱信号需要检测。当实际测量一个被测信号时,ν(t)=ν€+acosωt(4)无用的噪声和干扰总是伴随着出现,影响了被测信号的精确 在分析中假定入射的激光光强在测量谱线的窄带范围内性和灵敏度,此时就需要用微弱信号检测仪器和设备来恢复与频率ν无关或检测原始信号,而数字锁相放大器就是这种仪器的代表。I0(ν)µI0(ν)µI0(5)伴随着计算机技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电ν0是线中心的红外频率。α(ν€+acosωt)是一个偶函数,能展子技术的高速发展,给计算机控制技术带来了巨大的变革。成Fourier余弦级数人们可以
4、通过计算机和网络对仪器进行远程控制,利用计算∞机对数据进行实时处理,给工作带来了极大的方便。α(ν€+acosωt)=∑HN(ν€)cosnωt(6)n=0本文通过对外腔式二极管激光施加低频交流电压,控制这里ν€在调制期间被看作是一个常数,HN(ν€)是调制吸收系[124]其反馈镜的压电陶瓷,实现输出光连续可调谐的低频波数的第N次Fourier系数。如果从吸收池出射的激光束被聚-1长调制,测量了甲烷气体位于610513694cm处的吸收光焦到探测器上,那么通过锁相放大器探测调制频率的第N次谱,通过计算机控制数字锁相放大器进行数据采集,结果表谐波就能取出各自的F
5、ourier项。在这种情况下,被处理的信明二次谐波探测的信噪比有较大的改善,而高次谐波探测较号就正比于常见的探测方法具有更高的信噪比。I0HN(ν€)L,NE1(7) 如果调制幅度a(a=mΔν0,m调制系数,Δν0为线宽)1 理论背景足够小,Fourier系数可表示为[1]1-NN2Ndα(ν)频率为ν的单色激光强度为I通过一个长为L的气体吸Hn(ν€)=aN
6、ν=ν€,NE1(8)N!dγ收介质,根据Beer2Lambert定律 对于N次谐波探测信号,其信号的幅度可用下式表I(ν)=I0(ν)exp(-α(ν)L)(1)示[124]这里I0(ν)和α(
7、ν)分别是频率为ν的气体入射光强和吸收21-N(N)NSN=I0Lanσ€absg(ν)(9)系数,对于弱的吸收谱线,当N!(N)αLF0105(2)n为气体密度,σ€abs为吸收截面,g(ν)是线性函数的N阶收稿日期:2003209212,修订日期:2004202210 基金项目:国家重大基础研究前期研究专项(2002ccc02500)、山西省科技攻关项目(002096)和山西省留学基金(200111022003112)资助作者简介:董 磊,1979年生,山西大学物理电子工程学院在读研究生©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDi
8、scCo.,Ltd.Allrightsreserved. 光谱学与光谱分析 第47425卷导数。支持CTS/DTR硬件握手协议,使用ASCII码与微机进行通所以对于弱的吸收谱线的谐波信号,常常被称做微分光信。SR830的每一条命令由指令、参数以及命令中止符组成,谱。共占四个字符。微机一次可送出多条命令,每条命令之间用“;”隔开,两条命令之间不需要等待,因为SR830内部有2562 实验装置个字符的输入缓冲区,它会自动按缓冲区中命令的次序逐条执行。同时SR830也有256个字符
9、的输出缓冲区,在主机还 试验装置如图
