半导体激光气体分析仪的工作原理解析

半导体激光气体分析仪原理电路框图如图5.7所示，其工作过程简述如下。

①图5.7中低频信号发生器发出的锯齿波电流使激光器频率扫描过整条吸收谱线来获得需要的“单线发射光谱”。由于半导体激光器的功率很低，信号弱，很容易淹没在来自电路自身和外部环境的电、光、热噪声中而难以检测，故采用载波技术，将其载带在高频正弦波上来避开这种低频干扰。由高频信号发生器发出的正弦波电流信号和低频锯齿波电流信号在加法器中汇合，产生调制激光器的工作电流，使激光器发出特定频率的激光束。

图5.7　半导体激光气体分析仪的原理电路框图

②半导体激光器发射的激光频率（波长）受工作电流和工作温度二者影响，工作电流或工作温度的波动均会使激光的频率发生变化，为此采用了温度控制的措施来稳定激光器的工作温度。

③激光器发射的高频激光信号经被测气体吸收后到达检测器，透射光强可以表达为下述n阶Fourier谐波分量：(www.xing528.com)

④透射光强信号分别经过高通滤波器和低通滤波器后，将信号的高频部分和低频部分分开分别加以处理。高频谐波信号在锁相放大器中与二倍频正弦参考信号相乘（为了简化表达式，仅将二倍频信号相乘部分列出）：

再经过低通滤波器后，仅保留部分，得到交流测量信号。

⑤交流测量信号（透射光强的二次谐波）和直流干扰信号经过除法运算得到被测气体的浓度信号。当噪声干扰、粉尘或视窗污染造成光强衰减时，两信号会等比例下降，而比值保持不变，相除之后可消除这些因素对测量结果的干扰和影响。