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锁相放大器MFLI在可调谐激光吸收光谱的应用
神科仪购网/SNKOO-eGo / 2021-03-31


可调谐激光吸收光谱技术是20世纪70年代由Hinkley等人提出来,主要用于检测工业领域的痕量气体和大气环境下的温室气体通量等。利用二极管激光器的窄线宽特性和高单色性,通过对温度和电流的调谐来扫描待测气体的特征吸收谱线,从而进行痕量气体的定性和定量分析。

其理论基础是朗伯比尔定律,当一束单色光通过均匀气体介质时,若不改变介质环境,气体对光的吸收度与自身的浓度成正比,与气体的吸收长度成正比。因此可以通过检测气体的透射光强或反射光强的变化来测量气体浓度的。为了降低系统检测下限,提高探测灵敏度,可采用波长调制方法,同时结合长光程吸收池和谐波检测方法,获得待测气体的信息。

波长调制光谱方法是通过叠加正弦波信号改变激光器电流,实现半导体激光器输出

波长的调制,使其与被测气体的最强吸收峰相对应,通过波长扫描,即可得到气体的吸收光谱。波长调制光谱方法能实现系统地优化检测参数,如调制幅度、调制频率等。测量过程为:在锯齿波扫描信号上叠加正弦波信号一起加到激光器上进行驱动,经过气体吸收由探测器接收处理后送到锁相放大器中,进行谐波检测提取谐波信号,分离出有用信号,最后由计算机进行数据处理。

图片.png 

图 1

如图1所示,MFLI给半导体激光器提供一个叠加了较小的AC分量的DC驱动信号。该频率在几千赫兹和几兆赫兹之间。(具体设置请查看如何使用MFLI输出方波、锯齿波以及正弦信号)。通过MFLI内置的扫频功能,整个测量系统能够在几秒钟内扫过很宽的频率范围,从而满足气体吸收线未知或多个吸收线的研究需求。另外,在DC信号幅值固定的情况下,可以改变AC信号的幅度(即解调深度),来提高信噪比(SNR)。

MFLI集成了TDLAS应用所需的多种功能:一台仪器替代了函数发生器,多个锁相放大器和数据采集卡(DAQ)。随机附带的Labone软件能够让你轻松地在电脑上实现信号可调性和数据可视化,降低了实验系统设置的复杂性,加快了数据采集分析速度。

软件中附加的MF-MD工具可以同时解调基频和谐波的信号;Sweeper工具可以直接调谐DC信号和AC分量的幅度;无需额外的触发器即可使驱动信号和数据采集同步,并使用DAQ工具能够直接将解调器的结果呈现为DC偏移量(即光的波长)的函数。此外,MFLI的输入噪声低至2.5nV / sqrt(Hz),能够捕获很小的吸收变化。

 

https://www.zhinst.cn/china/cn/applications/optics-photonics/tunable-diode-laser-absorption-spectroscopy


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