雙相鎖相放大器的制造方法
【專利摘要】一種雙相鎖相放大器，包括前置放大電路，帶通濾波電路，參考觸發(fā)電路，鎖相環(huán)路及移相電路、同相相敏檢波器、正交相敏檢波器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、矢量運算電路。雙相鎖相放大器不需要反復(fù)調(diào)節(jié)參考信號和檢測信號的相位關(guān)系，能夠避免調(diào)節(jié)誤差、相位漂移，節(jié)省測量時間，提高測量精準(zhǔn)度。并且結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、測量穩(wěn)定精確，易于嵌入到需要實現(xiàn)復(fù)雜背景下微弱信號測量的設(shè)備中。采用雙相位鎖相放大器的HF氣體在線檢測TDLAS系統(tǒng)，能夠提高檢測速度和測量結(jié)果的穩(wěn)定、精確性。
【專利說明】雙相鎖相放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種鎖相放大器和鎖相放大器HF氣體在線檢測TDLAS系統(tǒng)，尤其 是一種雙相鎖相放大器及雙相鎖相放大器HF氣體在線檢測TDLAS系統(tǒng)，屬于氣體在線檢測 領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型氣體檢測方法，在 國外研宄較早，被廣泛應(yīng)用于微量氣體分析領(lǐng)域，目前國內(nèi)市場對該類產(chǎn)品的需求旺盛，但 受限于國外產(chǎn)品的技術(shù)限制和高昂的維修費用，所以，研制可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技 術(shù)在線檢測HF氣體系統(tǒng)顯得尤為重要。
[0003] 目前國內(nèi)產(chǎn)品，大多處于研發(fā)階段，且系統(tǒng)中所采用的鎖相放大器多為國外進口 的成品儀器鎖相放大器，如SignalRecovery的7270等，體積龐大，不便于系統(tǒng)集成，在檢 測過程中，需要根據(jù)輸入信號的頻率、相位的變化反復(fù)調(diào)節(jié)檢測信號和參考信號的相位關(guān) 系，影響微量氣體檢測速度，不利于實現(xiàn)設(shè)備檢測自動化。
[0004] 在HF微量氣體檢測技術(shù)的檢測過程中微量氣體不夠穩(wěn)定、元器件傳輸延時、干擾 氣體吸收等因素導(dǎo)致檢測輸入信號與參考輸入信號的相位差不斷變化（檢測輸入信號發(fā) 生相位漂移），導(dǎo)致應(yīng)用單相鎖相放大器的傳統(tǒng)檢測裝置的測量結(jié)果不夠穩(wěn)定、精確。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、成本 低廉、測量穩(wěn)定精確，易于嵌入到測量設(shè)備中的雙相鎖相放大器及雙相鎖相放大器HF氣體 在線檢測TDLAS系統(tǒng)。
[0006] 本實用新型所采取的技術(shù)方案是：
[0007] 技術(shù)方案一：
[0008] 一種雙相鎖相放大器，包括前置放大電路，帶通濾波電路，參考觸發(fā)電路，鎖相環(huán) 路及移相電路、同相相敏檢波器、正交相敏檢波器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、矢 量運算電路；
[0009] 所述參考觸發(fā)電路由級聯(lián)的高通子電路、放大子電路、比較子電路組成；其輸入端 用于輸入?yún)⒖夹盘?，其輸出端接所述鎖相環(huán)路及移相電路；
[0010] 所述參考觸發(fā)電路用于放大輸入的參考信號、隔斷其直流成分，產(chǎn)生并輸出與其 頻率相同的方波驅(qū)動信號；將其輸出至鎖相環(huán)路及移相電路；
[0011] 所述鎖相環(huán)路及移相電路的輸出端分別接所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波 器的相應(yīng)輸入端；用于移相所述方波驅(qū)動信號得到與其相位差為90度的正交相方波驅(qū)動 信號，將所述方波驅(qū)動信號輸出到同相相敏檢波器的參考信號輸入端，將正交相方波驅(qū)動 信號輸出至所述正交相敏檢波器的參考信號輸入端；
[0012] 所述前置放大電路的輸入端用于輸入檢測信號，其輸出端接所述帶通濾波電路的 輸入端；
[0013] 所述帶通濾波電路的輸出端分別接所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的相 應(yīng)輸入端；用于將檢測信號的頻率成分限定在預(yù)定頻帶范圍以內(nèi)；
[0014] 所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的輸出端分別經(jīng)所述第一低通濾波器和 所述第二低通濾波器接所述矢量運算器電路的相應(yīng)輸入端。
[0015] 所述同相相敏檢波器用于提取檢測信號中與參考信號相位相同的同步輸出信 號；
[0016] 所述正交相敏檢波器用于提取檢測信號中與參考信號相位相差90度的異步輸出 信號；
[0017] 所述矢量運算電路用于將所述同步輸出信號和異步輸出信號矢量相加。
[0018] 所述參考觸發(fā)電路由級聯(lián)的高通子電路、放大子電路、比較子電路組成。
[0019] 所述高通子電路的輸入端作為所述參考觸發(fā)電路的輸入端，所述高通子電路的輸 出端作為放大子電路的輸入端，所述比較子電路的輸出端作為所述雙相鎖相放大器的輸出 端接所述鎖相環(huán)路及移相電路的輸入端。
[0020] 技術(shù)方案二：
[0021] -種雙相鎖相放大器HF氣體在線檢測TDLAS系統(tǒng)，包括鎖相放大器、信號發(fā)生器、 激光驅(qū)動器、激光器、氣體吸收池、探測器、前置放大器、數(shù)據(jù)采集卡；所述鎖相放大器為雙 相鎖相放大器。
[0022] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：
[0023] 1、本實用新型的雙相鎖相放大器，在檢測信號測量的過程中因為雙相位的設(shè)計不 需要反復(fù)調(diào)節(jié)參考信號和檢測信號的相位關(guān)系，能夠避免調(diào)節(jié)誤差、相位漂移，節(jié)省測量時 間，提高測量精準(zhǔn)度。
[0024] 2、實用新型的雙相鎖相放大器結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉，易于嵌入到需要實現(xiàn)復(fù)雜背 景下微弱信號測量的設(shè)備中。
[0025] 3、采用雙相位鎖相放大器的HF氣體在線檢測TDLAS系統(tǒng)，在測量過程中，被檢測 微弱信號的振幅與檢測輸入信號和參考輸入信號的相位無關(guān)，從而能夠避免在測量過程中 反復(fù)調(diào)節(jié)參考輸入信號和檢測輸入信號的相位關(guān)系，提高檢測速度，還能夠避免檢測信號 的相位漂移，使測量結(jié)果穩(wěn)定、精確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本實用新型實施例的雙相鎖相放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本實用新型實施例的TDLAS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3為本實用新型實施例的參考觸發(fā)電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。以下實施例僅 用于更加清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0030] 實施例1 :
[0031] 參考圖1，一種雙相鎖相放大器，包括前置放大電路，帶通濾波電路，參考觸發(fā)電 路，鎖相環(huán)路及移相電路、同相相敏檢波器、正交相敏檢波器、第一低通濾波器、第二低通濾 波器、矢量運算電路；
[0032] 所述參考觸發(fā)電路由級聯(lián)的高通子電路、放大子電路、比較子電路組成；其輸入端 用于輸入?yún)⒖夹盘?，其輸出端接所述鎖相環(huán)路及移相電路；
[0033] 所述參考觸發(fā)電路用于放大輸入的參考信號、隔斷其直流成分，產(chǎn)生并輸出與其 頻率相同的方波驅(qū)動信號；將其輸出至鎖相環(huán)路及移相電路；
[0034] 所述鎖相環(huán)路及移相電路的輸出端分別接所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波 器的相應(yīng)輸入端；用于移相所述方波驅(qū)動信號得到與其相位差為90度的正交相方波驅(qū)動 信號，將所述方波驅(qū)動信號輸出到同相相敏檢波器的參考信號輸入端，將正交相方波驅(qū)動 信號輸出至所述正交相敏檢波器的參考信號輸入端；
[0035] 所述前置放大電路的輸入端用于輸入檢測信號，其輸出端接所述帶通濾波電路的 輸入端；
[0036] 所述帶通濾波電路的輸出端分別接所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的相 應(yīng)輸入端；用于將檢測信號的頻率成分限定在預(yù)定頻帶范圍以內(nèi)；
[0037] 所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的輸出端分別經(jīng)所述第一低通濾波器和 所述第二低通濾波器接所述矢量運算器電路的相應(yīng)輸入端。
[0038] 所述同相相敏檢波器用于提取檢測信號中與參考信號相位相同的同步輸出信 號；
[0039] 所述正交相敏檢波器用于提取檢測信號中與參考信號相位相差90度的異步輸出 信號；
[0040] 所述矢量運算電路用于將所述同步輸出信號和異步輸出信號矢量相加。
[0041] 所述高通子電路的輸入端作為所述參考觸發(fā)電路的輸入端，用于隔斷直流成分； 放大子電路可根據(jù)實際輸入信號幅值設(shè)定相應(yīng)放大倍數(shù)，提高信號幅值；所述比較子電路 的輸出端作為所述鎖相環(huán)路模塊的輸入端，用于將參考信號變換為同頻同相的方波驅(qū)動信 號。
[0042] 本實用新型中，雙相鎖相放大器的原理如下：
[0043] 設(shè)同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的檢測信號輸入端的振幅為V1，頻率為ω， 相位為Q1，則該信號x(t)可以表示為：
[0044] X(t) =V1Sin(ωt+Θ工）
[0045] 同相相敏檢波器和正交相敏檢波器輸入的參考信號與檢測信號都為同頻率信號， 其中同相相敏檢波器輸入的參考信號A(t)的振幅為VK，頻率為ω，相位為θκ，可表示為：
[0046] !T1 (t) =VRsin(ωt+ΘR)
[0047] 正交相敏檢波器輸入的參考信號r2(t)的振幅為VK，頻率為ω，相位與同相相敏檢 波器的相位與正交相敏檢波器的相位差為90度，可記為π/2,可表示為：
[0048] r2 (t) =VEsin(ωt+ΘR-jt2)
[0049] 檢測信號x(t)和同相相敏檢波器信號輸入的參考信號ri(t)在同相相敏檢波器 中做相乘運算得到同相信號Vm: Vxi, (〇=V1 Vf sin(^ +O1 )sin(^ +θη)
[0050] II…. =l/ic〇s(^/v+ ~l/i+ΘΗ +0j)
[0051] 檢測信號x(t)和正交相相敏檢波器信號輸入的參考信號r2(t)在同相相敏檢波 器中做想乘運算得到正交相信號VM2:
[0052] FU2(，)=丄K/?7"cos(6^ - 0 - ;τ/2> +丄KOnp冰 + 4 + 巧一;τ/2) 2 2
[0053] Vm經(jīng)過低通濾波器之后得到同步輸出信號義⑴=c〇S(& -0)
[0054] Vm2經(jīng)過低通濾波器之后得到異步輸出信號Γ(〇 = ||/,匕sin叭-0 )
[0055] 綜上，同相相敏檢波器輸出的同步輸出信號X(t)和正交相敏檢波器輸出的異步 輸出信號Y(t)，彼此有f的相位差，在矢量運算電路中進行矢量相加運算，產(chǎn)生一個鎖相輸 出信號R(t):

【權(quán)利要求】
1. 一種雙相鎖相放大器，其特征在于：包括前置放大電路，帶通濾波電路，參考觸發(fā)電 路，鎖相環(huán)路及移相電路、同相相敏檢波器、正交相敏檢波器、第一低通濾波器、第二低通濾 波器、矢量運算電路； 所述參考觸發(fā)電路由級聯(lián)的高通子電路、放大子電路、比較子電路組成；其輸入端用于 輸入?yún)⒖夹盘?，其輸出端接所述鎖相環(huán)路及移相電路； 所述鎖相環(huán)路及移相電路的輸出端分別接所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的 相應(yīng)輸入端； 所述前置放大電路的輸入端用于輸入檢測信號，其輸出端接所述帶通濾波電路的輸入 端； 所述帶通濾波電路的輸出端分別接所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的相應(yīng)輸 入端； 所述同相相敏檢波器和正交相敏檢波器的輸出端分別經(jīng)所述第一低通濾波器和所述 第二低通濾波器接所述矢量運算器電路的相應(yīng)輸入端。
【文檔編號】G01N21/39GK204177739SQ201420581290
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】劉艷麗 申請人:河北鋼鐵股份有限公司