[發(fā)明專利]基于雙路鎖相差分消除二次諧波剩余幅度調制的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710327064.6
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107084946B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 張秦端;常軍;王福鵬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;H03L7/093;G01N21/31
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

基于雙路鎖相差分消除二次諧波剩余幅度調制的方法，屬于光纖氣體傳感技術檢測領域，該系統(tǒng)包括DFB激光器、氣室、耦合器、光電探測器、運算放大器、信號發(fā)生器、鎖相放大器、減法器、示波器等。DFB激光器作為光源，其發(fā)出的光經過氣室吸收后，通過耦合器一分為二，分別進入兩個光電探測器，一路信號與相位為η的參考信號輸入到鎖相放大器用于對氣體濃度的解調，另一路信號與相位為φ的參考信號輸入到鎖相放大器用于剩余幅度調制的測量，然后經過減法器，得到沒有剩余幅度調制的二次諧波信號，并在示波器上顯示。此方法可以在保證信號幅度不變的情況下對剩余幅度調制進行有效的消除，保證了信噪比不減少。

技術領域

本發(fā)明涉及一種信號處理技術，具體講的是一種基于雙路鎖相差分消除二次諧波剩余幅度調制的方法。屬于光纖氣體傳感檢測技術領域。

背景技術

痕量氣體的檢測，現(xiàn)在在多領域廣泛應用，包含冶金、石油、化工、電子、電力、紡織、醫(yī)藥、食品、木材、造紙、建筑、空調、甚至核能和航空航天工業(yè)。而目前對痕量氣體檢測最有效的方法是波長調制光譜技術，波長調制光譜技術是通過鎖相放大技術進行二次諧波的提取來進行氣體濃度檢測的，相比與其他檢測方法具有更高的靈敏度，更高的信噪比，且吸收譜線基線為0，但是當激光器波長受到調制時，往往會伴隨著強度調制，引起光功率的起伏，進而引起二次諧波畸變，這種現(xiàn)象被稱為剩余幅度調制。剩余幅度調制會影響二次諧波的基線，導致二次諧波的分量不純凈，表現(xiàn)在二次諧波波形上就是非對稱性，影響測量的準確性。因此迫切需要一種方法來解決以上問題。

朱存光在論文“TDLAS譜線畸變產生機理與校正技術研究”(山東大學博士學位論文2015P101-115)中提出了一種基于電光調制器構建的一種恒功率連續(xù)波長調制光源進行波長調制光譜檢測來消除剩余幅度調制，通過電光調制器的外部調制可以有效地抵消掉伴隨半導體激光器波長調制產生的無用的光功率調制，進而消除剩余幅度調制。但是上述方法是以犧牲信號幅度來消除剩余幅度調制的，信噪比明顯降低，不利于信號的檢測。

為了提高測量的準確度，保證信噪比不減小，急需一種有效的消除剩余幅度調制的方法。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術的缺陷和不足，本發(fā)明提出了一種基于雙路鎖相差分消除二次諧波剩余幅度調制的方法，本方法能夠在保證不降低信噪比的前提下消除剩余幅度調制。

本發(fā)明的技術方案是按以下方式實現(xiàn)的：

一種基于雙路鎖相差分消除二次諧波剩余幅度調制的方法，由以下系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括單片機a、單片機b、加法器、溫控模塊、DFB激光器、氣室、耦合器、光電探測器a、光電探測器b、運算放大器、信號發(fā)生器、鎖相放大器a、鎖相放大器b、減法器、示波器，單片機a和單片機b分別連接到加法器的兩個輸入端，單片機a產生的一次調制信號疊加單片機b產生的低頻掃描信號作為驅動信號，經過加法器相加，作為驅動信號；加法器輸出端和DFB激光器相連接，其輸出電流作為控制DFB激光器的驅動電流；溫控模塊連接到DFB激光器以控制DFB激光器的溫度，DFB激光器的輸出端通過光纖和氣室相連接，氣室通過光纖連接到耦合器，耦合器的兩個輸出端經光纖分別連接到光電探測器a和光電探測器b，光電探測器a輸出端和鎖相放大器a的一個輸入端相連接，光電探測器b的輸出端和運算放大器的一個輸入端相連接，信號發(fā)生器分別連接到鎖相放大器a和運算放大器的另一個輸入端，運算放大器的輸出端連接到鎖相放大器b的輸入端，鎖相放大器a和鎖相放大器b的輸出端分別連接到減法器的兩個輸入端，減法器的輸出端和示波器相連接，該方法的步驟如下：

1)連接好上述系統(tǒng)，打開電路及示波器電源，在氣室中注入待測氣體；

2)令單片機a產生高頻調制信號；單片機b產生低頻掃描信號，高頻調制信號和低頻掃描信號經過加法器相加后作為驅動信號以控制激光器的驅動電流，溫控模塊控制溫度，調整信號發(fā)生器分別發(fā)出相位為η和φ的信號，使得相位為η和φ的信號頻率為單片機a所產生的高頻信號的二倍，以用做鎖相放大器a和鎖相放大器b的參考信號；