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實(shí)驗名稱(chēng)：傳感系統的性能測試 測試設備：高壓放大器、函數發(fā)生器、低通濾波器、鎖相放大器、光電探測器、電腦等。 圖1：腔增強光聲傳感系統。f-EOM，光纖耦合電光調制器；f-AM，光纖耦合LiNbO3強度調制器；L1，模式匹配透鏡；λ/2，半波片；PBS，偏振分束棱鏡；λ/4，四分之一波片；L2和L3，聚焦透鏡；PD，光電探測器；SG，函數發(fā)生器；LPF，低通濾波器；PID，比例積分微分控制器；HV，高壓放大器；LIA，鎖相放大器；PC，電腦 實(shí)驗過(guò)程： 為了驗證所搭建的腔增強光聲傳感系統的性能，我們選擇乙炔（C2H2）氣體作為待測氣體，并選取C2H2分子位于1530.98nm處的吸收線(xiàn)作為目標探測線(xiàn)，C2H2分子在此處的吸收線(xiàn)強度為4.00×10-21cm∙molecule-1。對乙炔氣體的實(shí)時(shí)監測在化工生產(chǎn)、電力系統、工業(yè)過(guò)程控制等多個(gè)領(lǐng)域都有著(zhù)十分重要的意義。實(shí)驗中首先通過(guò)波長(cháng)計測量回音壁模式激光器的出射波長(cháng)，并通過(guò)調節激光器控制軟件和掃描電流使出射波長(cháng)能掃描過(guò)所選擇的氣體吸收線(xiàn)。然后使用PDH鎖頻技術(shù)將激光器的出射波長(cháng)鎖定在腔模的正中心，由于此實(shí)驗中我們主要關(guān)注的是光學(xué)腔的使用對光聲信號的放大倍數，所以無(wú)需保證激光器的出射波長(cháng)在氣體吸收譜線(xiàn)的正中心，只需使激光器的出射波長(cháng)在氣體吸收譜線(xiàn)的展寬范圍內即可。為了產(chǎn)生光聲信號，一個(gè)光纖耦合LiNbO3強度強制器被用來(lái)對激光的強度進(jìn)行調制，高壓放大器產(chǎn)生一個(gè)直流偏置和信號發(fā)生器（SG3）產(chǎn)生一個(gè)占空比為50%的方波來(lái)驅動(dòng)強度調制器工作。該強度調制器能提供20dB的直流消光比，滿(mǎn)足本實(shí)驗中強度調制的需求。SG3產(chǎn)生的方波頻率設為光聲池的共振頻率1781.0Hz。由于強度調制和光纖耦合器件對光功率的損耗，導致入射到光學(xué)腔前的功率為0.7mW。麥克風(fēng)探測到的信號經(jīng)過(guò)自制的差分放大電路后進(jìn)入到鎖相放大器，SG3輸出的TTL信號作為參考信號，鎖相放大器工作在1-f解調模式，時(shí)間常數設置為1s，濾波斜率設置為12dB/oct，相應的探測帶寬為0.25Hz。鎖相放大器解調后的信號被電腦上自編的LabVIEW程序實(shí)時(shí)采集和處理。一瓶500ppm標準濃度的C2H2氣體和一瓶純氮氣（N2）通過(guò)氣體稀釋系統來(lái)產(chǎn)生不同濃度配比的C2H2/N2混合氣體。 實(shí)驗結果： 圖2：(a)激光器的掃描電壓信號；(b)光學(xué)腔的透射光信號；(c)誤差信號 腔模信號與誤差信號測試中，為了觀(guān)察光學(xué)腔的模式，實(shí)驗中用信號發(fā)生器（SG1）產(chǎn)生一個(gè)頻率為10Hz的三角波來(lái)掃描激光器的出射波長(cháng)，并且為了使波長(cháng)掃描范圍能覆蓋到一個(gè)完整的自由光譜區（FSR）（~0.9GHz），三角波的正負峰值通過(guò)一個(gè)高壓放大器放大到±40V。激光器的掃描電壓信號、光學(xué)腔的透射光信號和誤差信號分別展示在圖2(a)、(b)和(c)中。通過(guò)圖2(b)可以獲得FSR與腔模線(xiàn)寬的比值，通過(guò)可以計算出腔內的功率增強因子為175，也就意味著(zhù)，在未達到吸收飽和效應的情況下，使用光學(xué)腔比未使用光學(xué)腔時(shí)所獲得的光聲信號在理論上應該強175倍。 圖3：有無(wú)光學(xué)腔的光聲信號對比圖 有無(wú)光學(xué)腔的光聲信號對比測試中，為了對比光學(xué)腔對光聲信號的增強效果，實(shí)驗中將標準濃度500ppm的乙炔氣體充入到氣室內，實(shí)驗均在大氣壓和室溫下進(jìn)行，獲得了使用光學(xué)腔（腔增強光聲傳感器）和不使用光學(xué)腔（傳統光聲傳感器）兩種情況下的光聲信號，如圖3所示，從實(shí)驗結果可以得出光學(xué)腔的使用使光聲信號從44.3µV增強到7366.8µV，即光聲信號增強了166倍�？紤]激光到光學(xué)腔的耦合效率為~95%，而理論上的信號增強倍數為175，因此，實(shí)驗上獲得的光聲信號增強倍數與理論計算值一致。 高壓放大器推薦：ATA-2022B 圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數 本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續關(guān)注我們。西安安泰電子Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線(xiàn)，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。高壓放大器https://www.aigtek.com/products/bk-gyfdq.html |
