红外激光外差气体分析仪的高灵敏度信号解析

"红外激光外差气体分析仪信号分析" 本文主要探讨了红外激光外差气体分析仪的信号处理和分析技术，这是一种利用红外激光的特性来精确检测气体浓度的仪器。作者文东旭和郭静如指出，通过外差探测方式，这种分析仪的探测灵敏度可以达到10^-4ppb，远高于传统的直接探测方法，提升了大约九个数量级。 文章首先介绍了红外激光在外差气体分析中的应用背景。可调谐激光器的进步以及激光调制和光接收技术的发展，使得红外激光分析仪的设计和性能有了显著提升。特别是在1,20μm波长范围内，由于红外激光与某些气体分子的吸收谱线高度匹配，使得对气体浓度的测量更为精确。 接着，文章深入剖析了红外激光外差气体分析仪的工作原理。其中，重点讨论了方波控制激光器的频谱特性，这种控制方式能够产生特定的光信号，适合进行外差探测。外差探测是一种信号转换技术，通过将入射光信号与参考信号混合，产生一个频率差信号，然后通过电信号解调来提取气体浓度信息。作者详细阐述了光信号的外差探测过程和电信号解调的数学模型。 在离散光波长差动吸收监测理论部分，文章提到气体分析仪通常采用差动吸收监测原理，包括离散频率断续吸收法、一阶或高阶导数分析法和调谐激光器直接线性扫描法。文章聚焦于离散频率断续吸收法，解释了如何利用两台波长不同的交替发射激光器（λ1和λ2）来检测气体分子。通过比较激光在气体样品中不同吸收谱线的衰减，可以计算出气体的浓度。根据朗伯-比耳定律，探测到的功率与气体浓度及吸收系数成反比。 此外，文章还绘制了方波控制CO_2激光外差气体分析仪的原理方框图，这有助于读者理解整个信号处理流程，从激光发射到信号解调，再到最终的气体浓度计算。 红外激光外差气体分析仪的高灵敏度使其在环境监测、工业生产过程控制以及科学研究等领域有着广泛的应用潜力。通过对这种技术的深入研究，可以提高气体检测的精度，满足日益增长的定量分析需求。