红外乙炔传感器：正交锁相与分段FFT对比研究与实现

本文主要探讨了一种基于正交锁相放大器（Orthogonal Lock-in Amplifier，OLIA）与分段快速傅里叶变换（Segmented Fast Fourier Transform，SFFT）的红外乙炔传感器的设计与实现。该研究针对可调谐激光二极管吸收光谱技术，提出了利用SFFT来提取气体吸收信号中的二次谐波信号的新方法，这种方法相较于传统的OLIA谐波信号处理方式具有更高的分析效率和精度。 作者首先介绍了背景，即在气体检测领域，红外乙炔传感器因其灵敏度高、选择性强等特点被广泛应用。他们提出的方法通过将激光光源照射到待测气体上，乙炔分子对特定波长的吸收特性会产生特定的光谱响应，然后采用SFFT对这些信号进行分段处理，以提高对二次谐波信号的捕捉能力。这种处理方法旨在克服常规方法可能存在的噪声干扰和信号处理速度问题。 为了验证新方法的有效性，研究者使用MATLAB软件模拟了乙炔气体的吸收信号，并进行了对比实验，分别对OLIA和SFFT的性能进行了评估。结果显示，两种方法都能提供良好的线性拟合，显示出相似的稳定性，证明了SFFT在乙炔气体检测中的可行性和优势。 接着，作者设计了一个基于LabVIEW的信号处理平台，整合了近红外1.533μm的分布反馈激光器和自主研制的Herriot腔体，构建了一个完整的近红外乙炔气体传感系统。这个平台允许实时监测和处理传感器信号，提高了系统的实用性。 实验部分，研究者使用配置好的乙炔气体样品对传感器进行了标定和 Allan标准差测试，进一步验证了传感器的准确性和稳定性。这些测试结果对于实际应用中的乙炔浓度测量具有重要意义。 这篇论文介绍了如何利用SFFT技术优化红外乙炔传感器的信号处理，展示了其在嵌入式系统中的应用潜力。这种改进的方法对于提高气体传感器的性能，尤其是在复杂环境中的乙炔浓度测量，有着显著的优势。在未来的研究中，这种方法有望进一步拓展到其他气体传感器的设计中。