一种用于微量水蒸气检测的锁相电压相减的新方法，属于光纤传感探测技术领域。对激光器进行波长调制，经过气体吸收峰后利用锁相技术进行探测并进行信号处理。实现系统包括激光器的温控和驱动电路，激光器，1:1光纤耦合器，气室，光电探测器，电流电压转换模块，自动增益控制放大器，减法器，锁相模块，信号处理与探测模块。本方法使用锁相模块并在锁相之前进行探测信号相减，可大幅提高信噪比，有效提取气体浓度信号；自增系放大可解决由于光纤颤动、激光器功率波动等因素带来的光强信号变化，可提高系统稳定性。且这个系统还有体积小，结构简单，成本低廉等优点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于光纤传感探测
。对激光器进行波长调制，经过气体吸收峰后利用锁相技术进行探测并进行信号处理。实现系统包括激光器的温控和驱动电路，激光器，1:1光纤耦合器，气室，光电探测器，电流电压转换模块，自动增益控制放大器，减法器，锁相模块，信号处理与探测模块。本方法使用锁相模块并在锁相之前进行探测信号相减，可大幅提高信噪比，有效提取气体浓度信号；自增系放大可解决由于光纤颤动、激光器功率波动等因素带来的光强信号变化，可提高系统稳定性。且这个系统还有体积小，结构简单，成本低廉等优点。【专利说明】—种用于微量水蒸气检测的锁相电压相减的新方法
本专利技术涉及，是一种同时使用电压相减、锁相、自增益控制技术进行微量水蒸气检测的新方法。属于光纤传感探测
技术介绍
检测水蒸气浓度在很多领域都有很重要的意义。天然气中水的存在会引起管线水堵，造成管线冰堵，腐蚀管线、设备和仪表，影响天然气计量的准确度，给天然气的安全生产和使用造成极大危害。变压器油中含水量愈多，油质本身的老化、设备绝缘老化及金属部件的腐蚀速度愈快，监测油中水分的含量十分必要。在高压开关等电气设备中，SF6会与水发生化学反应，造成设备绝缘性能下降，而且还会对环境造成污染。因此，对SF6中水蒸气含量进行准确及时的在线监测非常重要。现如今使用的微量气体检测方法有露点法、电解法、阻容法等。利用这些方法设计的检测系统普遍存在着反应慢，使用寿命短，精度差而且成本非常高。因此，迫切需要一种简单易行的检测方法来决解上述问题。中北大学徐振峰所写论文《瓦斯浓度二次谐波检测相关技术研究》中提到的二次谐波检测方法利用一次谐波对激光器进行调制，经过气体吸收峰后激光信号了携带大量频率的信号，利用锁相模块在二次参考信号辅助下进行二次频率谐波探测可以得到包含气体浓度信息的二次信号而滤掉其他频率成分的信号。这种方法可大幅提高信噪比，但因光电探测器和激光器生产过程中本身还有水且易受外界大气水蒸气浓度影响，加上光纤的颤动和激光器功率的波动对光强产生影响都会对水蒸气探测带来影响，因此探测精度受到了限制。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷和不足，本专利技术提供了。本专利技术方法的技术方案如下:，由以下系统来实现，该系统包括激光器的温控和驱动模块、DFB激光器、1:1光纤稱合器、气室、光电探测器A、B、电流电压转换模块A、B、自动增益控制放大器A、B、减法器、锁相模块和单片机，其中激光器的温控和驱动模块与DFB激光器相连接，DFB激光器沿光路位于1:1光纤耦合器之前，I: I光纤耦合器输出端将光路分为信号检测光路和参考光路，信号检测光路中放置气室，气室后面放置光电探测器A，光电探测器A输出端连接到电流电压转换模块A的输入端，电流电压转换模块A的输出端和自动增益控制放大器A的输入端相连接，自动增益控制放大器A的输出端连接到减法器的输入端；参考光路中放置光电探测器B，光电探测器B输出端连接到电流电压转换模块B的输入端，电流电压转换模块B的输出端和自动增益控制放大器B的输入端相连接，自动增益控制放大器B的输出端连接到减法器的另一个输入端；减法器的输出端和锁相模块相连接，锁相模块和单片机相连接；锁相模块和激光器的温控和驱动模块相连接，温控和驱动模块负责DFB激光器的温度控制，提供DFB激光器的调制信号并给锁相模块提供参考信号，该方法步骤如下:I)控制驱动和温控模块产生一次调制信号用于DFB激光器驱动，并产生频率二倍于一次调制波的二次参考信号用于锁相模块选频；2)连接光路，DFB激光器输出端连接1:1耦合器，分成信号检测光路和参考光路，信号检测光路连接待测气体的气室后由光电探测器A接收，参考光路则直接连接光电探测器B ;3)两光路经光电探测器A、B接收后分别连接电压电流转换模块A、B转换为与驱动信号相应的含有水蒸汽吸收的电压信号，经过自动增益控制放大器A、B后两路用于扫描的正弦包络信号幅值完全相同；4)对调整后电压幅值相同的两路电压信号输入到减法器的输入端由其相减后，减掉相同的信号部分保留不同浓度吸收差异的信号部分；5)将减法器的输出端连接锁相模块，对相减后的结果进行锁相，得到与二次参考信号相同频率的谐波信号，经过单片机处理后得到水蒸气浓度信息。本专利技术采用的锁相原理如中北大学徐振峰所写论文《瓦斯浓度二次谐波检测相关技术研究》所述，通常在一个大气压下，水蒸气的吸收线性可由洛伦兹线型表示:..W — 1了严可;- VI)【权利要求】1.，由以下系统来实现，该系统包括激光器的温控和驱动模块、DFB激光器、1:1光纤稱合器、气室、光电探测器A、B、电流电压转换模块A、B、自动增益控制放大器A、B、减法器、锁相模块和单片机，其中激光器的温控和驱动模块与DFB激光器相连接，DFB激光器沿光路位于1:1光纤耦合器之前，I: I光纤耦合器输出端将光路分为信号检测光路和参考光路，信号检测光路中放置气室，气室后面放置光电探测器A，光电探测器A输出端连接到电流电压转换模块A的输入端，电流电压转换模块A的输出端和自动增益控制放大器A的输入端相连接，自动增益控制放大器A的输出端连接到减法器的输入端；参考光路中放置光电探测器B，光电探测器B输出端连接到电流电压转换模块B的输入端，电流电压转换模块B的输出端和自动增益控制放大器B的输入端相连接，自动增益控制放大器B的输出端连接到减法器的另一个输入端；减法器的输出端和锁相模块相连接，锁相模块和单片机相连接；锁相模块和激光器的温控和驱动模块相连接，温控和驱动模块负责DFB激光器的温度控制，提供DFB激光器的调制信号并给锁相模块提供参考信号，该方法步骤如下: 1)控制驱动和温控模块产生一次调制信号用于DFB激光器驱动，并产生频率二倍于一次调制波的二次参考信号用于锁相模块选频； 2)连接光路，DFB激光器输出端连接1:1耦合器，分成信号检测光路和参考光路，信号检测光路连接待测气体的气室后由光电探测器A接收，参考光路则直接连接光电探测器B ； 3)两光路经光电探测器A、B接收后分别连接电压电流转换模块A、B转换为与驱动信号相应的含有水蒸汽吸收的电压信号，经过自动增益控制放大器A、B后两路用于扫描的正弦包络信号幅值完全相同； 4)对调整后电压幅值相同的两路电压信号输入到减法器的输入端由其相减后，减掉相同的信号部分保留不同浓度吸收差异的信号部分； 5)将减法器的输出端连接锁相模块，对相减后的结果进行锁相，得到与二次参考信号相同频率的谐波信号，经过单片机处理后得到水蒸气浓度信息。【文档编号】G01N21/17GK103472003SQ201310452902【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日 【专利技术者】魏巍, 常军, 孙柏宁, 朱存光, 王强, 刘晓慧, 高婷 申请人:山东大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于微量水蒸气检测的锁相电压相减的新方法，由以下系统来实现，该系统包括激光器的温控和驱动模块、DFB激光器、1:1光纤耦合器、气室、光电探测器A、B、电流电压转换模块A、B、自动增益控制放大器A、B、减法器、锁相模块和单片机，其中激光器的温控和驱动模块与DFB激光器相连接，DFB激光器沿光路位于1:1光纤耦合器之前，1:1光纤耦合器输出端将光路分为信号检测光路和参考光路，信号检测光路中放置气室，气室后面放置光电探测器A，光电探测器A输出端连接到电流电压转换模块A的输入端，电流电压转换模块A的输出端和自动增益控制放大器A的输入端相连接，自动增益控制放大器A的输出端连接到减法器的输入端；参考光路中放置光电探测器B，光电探测器B输出端连接到电流电压转换模块B的输入端，电流电压转换模块B的输出端和自动增益控制放大器B的输入端相连接，自动增益控制放大器B的输出端连接到减法器的另一个输入端；减法器的输出端和锁相模块相连接，锁相模块和单片机相连接；锁相模块和激光器的温控和驱动模块相连接，温控和驱动模块负责DFB激光器的温度控制，提供DFB激光器的调制信号并给锁相模块提供参考信号，该方法步骤如下：1)控制驱动和温控模块产生一次调制信号用于DFB激光器驱动，并产生频率二倍于一次调制波的二次参考信号用于锁相模块选频；2)连接光路，DFB激光器输出端连接1：1耦合器，分成信号检测光路和参考光路，信号检测光路连接待测气体的气室后由光电探测器A接收，参考光路则直接连接光电探测器B；3)两光路经光电探测器A、B接收后分别连接电压电流转换模块A、B转换为与驱动信号相应的含有水蒸汽吸收的电压信号，经过自动增益控制放大器A、B后两路用于扫描的正弦包络信号幅值完全相同；4)对调整后电压幅值相同的两路电压信号输入到减法器的输入端由其相减后，减掉相同的信号部分保留不同浓度吸收差异的信号部分；5)将减法器的输出端连接锁相模块，对相减后的结果进行锁相，得到与二次参考信号相同频率的谐波信号，经过单片机处理后得到水蒸气浓度信息。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，常军，孙柏宁，朱存光，王强，刘晓慧，高婷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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