红外乙炔气体传感系统：正交锁相放大器与分段快速傅里叶变换的应用

"这篇研究论文主要探讨了基于正交锁相放大器与分段快速傅里叶变换在红外乙炔传感器中的应用。作者们针对可调谐激光二极管吸收光谱技术，提出了一种新的信号处理方法，即对气体吸收信号进行分段快速傅里叶变换以提取二次谐波信号。这种方法与传统的正交锁相放大器的谐波信号处理方法进行了比较，并通过MATLAB软件进行了模拟验证。此外，他们还设计了一个基于LabVIEW的信号处理平台，结合近红外1.533微米的分布反馈激光器和自主研制的Herriot气室，构建了近红外乙炔气体传感系统。通过对配制的乙炔气体样品进行标定实验和Allan标准差测试，结果显示两种方法在性能上表现出良好的线性拟合度和稳定性。" 本文是光学和气体传感领域的研究，重点在于提高乙炔气体检测的准确性和稳定性。正交锁相放大器（Orthogonal Lock-in Amplifier）是一种常用的信号处理技术，尤其适用于检测弱信号。它通过锁定到特定频率的参考信号，可以有效地抑制噪声并增强信号。而分段快速傅里叶变换（Segmental Fast Fourier Transform，FFT）则是对信号进行局部频谱分析的方法，有助于在非平稳信号中提取有用信息。 在实验部分，研究人员首先利用MATLAB模拟乙炔气体吸收信号，对比了正交锁相放大器和分段快速傅里叶变换在处理这类信号时的效果。MATLAB是一种强大的数学计算和建模工具，适合此类模拟实验。之后，他们使用LabVIEW设计了一个传感器信号处理平台，LabVIEW因其图形化编程界面和强大的数据处理能力，常被用于科学研究和工程应用。 实验中采用的近红外1.533微米的分布反馈激光器（DFB Laser）能够精确地调谐到乙炔气体的吸收峰，从而实现高灵敏度的检测。Herriot气室则提供了稳定的气体环境，延长了光程，增加了检测的敏感度。 乙炔气体传感器的标定实验和Allan标准差测试是评估传感器性能的关键步骤。标定实验确定了传感器对乙炔浓度的响应曲线，而Allan标准差测试则衡量了传感器的时间稳定性，这对于长期监测和应用至关重要。 这项工作创新性地结合了正交锁相放大器和分段快速傅里叶变换，提高了红外乙炔传感器的性能。通过实验验证，这两种方法都显示出了优良的线性关系和稳定性，对于气体传感技术的发展具有积极意义。