[发明专利]一种用于微量水蒸气检测的锁相电压相减的新方法

摘要

一种用于微量水蒸气检测的锁相电压相减的新方法，属于光纤传感探测技术领域。对激光器进行波长调制，经过气体吸收峰后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电路，激光器，1:1光纤耦合器，气室，光电探测器，电流电压转换模块，自动增益控制放大器，减法器，锁相模块，信号处理与探测模块。本方法使用锁相模块并在锁相之前进行探测信号相减，可大幅提高信噪比，有效提取气体浓度信号；自增系放大可解决由于光纤颤动、激光器功率波动等因素带来的光强信号变化，可提高系统稳定性。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锁相电压相减的新方法，由以下系统来实现，该系统包括激光器的温控和驱动模块、DFB激光器、1:1光纤耦合器、气室、光电探测器A、B、电流电压转换模块A、B、自动增益控制放大器A、B、减法器、锁相模块和单片机，其中激光器的温控和驱动模块与DFB激光器相连接，DFB激光器沿光路位于1:1光纤耦合器之前，1:1光纤耦合器输出端将光路分为信号检测光路和参考光路，信号检测光路中放置气室，气室后面放置光电探测器A，光电探测器A输出端连接到电流电压转换模块A的输入端，电流电压转换模块A的输出端和自动增益控制放大器A的输入端相连接，自动增益控制放大器A的输出端连接到减法器的输入端；参考光路中放置光电探测器B，光电探测器B输出端连接到电流电压转换模块B的输入端，电流电压转换模块B的输出端和自动增益控制放大器B的输入端相连接，自动增益控制放大器B的输出端连接到减法器的另一个输入端；减法器的输出端和锁相模块相连接，锁相模块和单片机相连接；锁相模块和激光器的温控和驱动模块相连接，温控和驱动模块负责DFB激光器的温度控制，提供DFB激光器的调制信号并给锁相模块提供参考信号，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；2)连接光路，DFB激光器输出端连接1：1耦合器，分成信号检测光路和参考光路，信号检测光路连接待测气体的气室后由光电探测器A接收，参考光路则直接连接光电探测器B；3)两光路经光电探测器A、B接收后分别连接电压电流转换模块A、B转换为与驱动信号相应的含有水蒸汽吸收的电压信号，经过自动增益控制放大器A、B后两路用于扫描的正弦包络信号幅值完全相同；4)对调整后电压幅值相同的两路电压信号输入到减法器的输入端由其相减后，减掉相同的信号部分保留不同浓度吸收差异的信号部分；5)将减法器的输出端连接锁相模块，对相减后的结果进行锁相，得到与二次参考信号相同频率的谐波信号，经过单片机处理后得到水蒸气浓度信息。