[發明專利]一種基于數字鎖相和光聲光譜技術的霧霾檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202010208869.0
• 申請日: 2020-03-23
• 公開（公告）號: CN111220513A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 趙南;劉陽;趙寧陽;苑磊;馬瓏格
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/06;G01N21/17;G01N21/01
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙) 13128
• 代理人: 郭明月

本發明公開了一種基于數字鎖相和光聲光譜技術的霧霾檢測裝置及方法，包括激勵光源、光聲池和微音器，光聲池連接激勵光源并配置有微音器，光聲池中的氣體在激勵光源的作用下，發生共振，微音器用于檢測光聲池中的共振信號，微音器連接有模數轉換器，模數轉換器連接有DSP，DSP發出信號對驅動電路進行驅動。本發明結合波長調制和二次諧波提取技術，對鎖相放大器進行研制，實現了通過對微弱電流信號的檢測反演出氣體吸收系數，并且解決了現有光聲光譜氣體檢測系統體積大，成本高和易受外界噪聲影響等缺點。

技術領域

本發明涉及檢測技術領域，尤其涉及一種基于數字鎖相和光聲光譜技術的霧霾檢測裝置及方法。

背景技術

霧霾的存在會給人類社會帶來危害，嚴重影響人類健康，對于這些危害性氣體的檢測變得十分必要。近些年，隨著學者們運用光聲光譜技術對污染性氣體進行了大量的檢測，光聲光譜技術已越來越多的被用于能源、電力、工業氣體排放、大氣環境監測和生命健康診斷以等氣體探測領域的研究中?，F有的光聲光譜技術一般利用鎖相放大器提取二次諧波，因二次諧波信號的幅值與氣體濃度成正相關，因此通過鎖相放大器提取的二次諧波可反演得到氣體的濃度。但是市面上的鎖相放大器體積大，價格昂貴，不適合推廣使用。

公開號為CN110208195A的中國專利，公開了一種用于氣體檢測的光聲光譜單通道鎖相放大裝置，在進行相位補償的時候，只有當參考信號和待測信號相位差為0時，幅值會達到最大，調節相位的過程是通過改變電阻的阻值試探性的進行調節，調節過程總會存在誤差，使得信號間的相位差不為0。

發明內容

本發明為了克服以上缺點，提供一種基于數字鎖相和光聲光譜技術的霧霾檢測裝置。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于數字鎖相和光聲光譜技術的霧霾檢測裝置，包括激光驅動電路、激勵光源、光聲池和微音器，所述光聲池連接所述激勵光源并連接所述微音器，所述光聲池中的氣體在激勵光源的作用下，發生共振產生聲波，所述微音器用于檢測所述光聲池中的聲波信號，所述微音器連接有模數轉換器，所述模數轉換器連接有DSP，所述DSP發出信號對所述驅動電路進行驅動。

作為限定：所述激勵光源為可諧調分布反饋二極管。

作為限定：所述可調諧分布反饋二極管連接所述激光驅動電路和激光溫控單元，激光驅動電路連接有外部調制信號發生器，采用恒流驅動及恒溫控制，通過調整正弦波的頻率和幅度實現對可調諧分布反饋二極管外部調制。

作為限定：所述光聲池為縱向共振光聲池，樣品檢測光聲池上設有進氣口和出氣口，進氣口和出氣口上分別設有進氣閥和出氣閥，光聲池內相對設有激光入射窗口和反射鏡，激光入射窗口對應連接所述可諧調分布反饋二極管。

作為限定：所述DSP和所述模數轉換器之間還設有前置放大器。

作為限定：所述DSP上內置有串行通信接口模塊，用于提取諧波信號送入計算機。

一種DSP數字鎖相諧波信號輸出方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01:生成參考信號，利用泰勒級數表示三角信號，展開得到正余弦函數為：

展開前五項，將上式改為：

有上式可得遞推公式為：

sin nx＝2cos x sin(n-1)x-sin(n-2)x

cos nx＝2cos x sin(n-1)x-cos(n-2)x

其中：