基于WMS光纤气体传感器频率偏差的抑制.pdf

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1、2010年第29卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)71基于WMS光纤气体传感器频率偏差的抑制曹家年，张可可，杨蕊，石建中(哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：利用波长调制光谱(WMS)技术的光纤气体传感器进行痕量气体体积分数检测可以达到很高的检测灵敏度，离散数据采样过程中很难保证严格在吸收线中心频率处采样，频率偏差会使检测结果产生严重偏差。利用傅里叶级数展开分析WMS各次谐波信号，在采样过程中通过测量一次谐波的最大值与最小值取平均，获取与待测气体体积分数无关的一次谐波基线值，抑制频率偏差对系统检测精

2、度的影响。以二次谐波峰值与一次谐波基线的比值作为系统的输出，有效地消除光强波动等因素带来的干扰。关键词：光纤气体传感器；波长调制光谱；频率偏差；光强波动中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)04--0071--03StudyonrestrainopticalfibergassensorfrequencydeviationbasedonwavelengthmodulationspectroscopyCAOJia—nian，ZHANGKe—ke，YANGRui，SHIJian—zhong(CoHegeofInformationandCommunication

3、Engineering，HarbinEngineringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Thedetectionsensitivityoftracegasconcentrationsusingopticalfibergassensorbasedonwavelengthmodulationspectroscopyisveryhigh．Inthediscretesamplingprocess，itisdificulttosamplinginthecenter~equeneyofabsorptionline．Frequencydeviationwoul

4、dcauseseriousdeviationoftestresult．Fourierseriesexpansionisusedtoanalyzewavelengthmodulationspectroscopy．WMSsignal，thefirstharmonicbaselineisdetectedbytheaveragevalueofmaximumandminimumtorestraintheinfluenceof~equencydeviationonmeasurementprecisionofthesystem，whichhasnothingtodowithgasvolumefractio

5、n．Theratioofsecondharmonicpeaksandfirstharmonicbaselineassystemoutputwhicheliminatetheinterferenceofopticalintensityfluctuations．Keywords：opticalfibergassensor；wavelengthmodulationspectroscopy(WMS)；~equencydeviation；opticalintensityfluctuations0引言严格对准吸收谱线中心吸收频率，一次谐波信号在中心吸可调谐二极管激光器吸收光谱应用于痕量气体分析具收频率附

6、近曲线斜率很大，频率稍有偏差就会使检测结果有灵敏度高、选择性好、响应时间快等优点，近年来被广泛产生严重的偏差，必须采取措施抑制频率偏差对系统检测应用于环境监测、大气科学、痕量气体浓度监测、光谱测量精度的影响。等领域⋯，结合波长调制光谱(wavelengthmodulationspec—1波长调制原理troscopy，WMS)技术使气体体积分数检测达到了很高的检在近红外区气体吸收线的谱线宽度很窄，当温度、电流测灵敏度。研究表明：中心吸收频率处的吸收光谱二次谐波动时，激光器中心波长很难严格对准气体吸收峰，实验中波信号幅值与待测气体体积分数成正比，可以根据经过锁采用波长扫描和波长调制光谱技术相结合

7、的方法，将一个相放大器进行相敏检测得到的二次谐波信号来反演待测气低频三角波信号和一个高频余弦调制信号同时作用在激光体的体积分数J。直接利用二次谐波信号幅值反演待测器的直流驱动电流上，利用激光器的电流调谐特性，通过改气体体积分数容易受到光强波动的影响，实验中采用二次变激光二极管的注入电流值使激光频率缓慢变化来扫描整谐波峰值与一次谐波基线的比值作为系统输出，抑制光强条气体吸收线。波动对测量结果的影响。由于激光器容