第５４卷第１０期２００５年１０月１０００．３２９０／２００５／５４（１０）／４６３８．０５物理学报
ＡＣ７ｒＡＰＨＹＳＩＣＡＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．５４，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００５
＠２００５Ｃｈｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｅ．
信号处理改善波长调制光谱灵敏度的实验研究＊
邵杰１’２’＋高晓明１’２’袁怿谦１’杨颢２’曹振松１’２’裴世鑫２’张为俊２’１’（中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室，合肥２３００３１）
２’（中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室，合肥２３００３１）
（２００４年１２月ｌＯ日收到；２００５年１月２５日收到修改稿）
基于可调谐半导体激光吸收光谱，提出了一种新的信号处理方法用于提高吸收光谱测量的灵敏度．研究结果表明：采用信号处理（ＤＳＰ）可以使波长调制光谱的信噪比提高一个数量级，且测量ｃ０２分子的时候发现一条新谱线．这些信号处理包括多次平均、数字低通滤波以及最ｄｘ－－乘法拟合．由于该方法不需要增加设备的复杂性，所以比其他噪声抑制技术更容易在实验中实施、有更实际的应用价值．
关键词：波长调制，信号处理，半导体激光器，吸收光谱
ＰＡＣｅ：０７６５Ｇ，４２２５Ｂ，４２８０，４２６０Ｆ
１．引言
可调谐二极管激光器吸收光谱是灵敏度高、选择性好、响应时间快的一种痕量气体分析方法之一ＨＪ．同时由于最近几年光通讯的迅速发展，使得半导体激光器性能稳定可靠、易调谐、价格适中等特点，因此作为近年来发展起来的一种新型的激光光谱分析法，已经被广泛应用于环境检测、大气科学、痕量分析、光谱测量等领域卜５｜，结合波长调制技术的探测极限可以达到１０～一１０。７的吸收单位№１．虽然原理上认为波长调制光谱仅仅受量子噪声源的制约，而实际上同时也受其他干扰噪声的影响，如：电子噪声、残余振幅调制ｎ１、激光超噪声、标准具干涉效应等ｎ］．目前有各种各样的实验技术用来抑制这些噪声源，如：采用差分电路旧Ｊ、振动［１引、高次谐波探测Ⅲ１等，然而数字信号处理技术在这方面受到很少关注．由于快速数据采集系统的发展以及不昂贵的个人计算机结合适时数字信号处理技术，使可调谐半导体激光光谱仪的灵敏度进一步提高成为可能．
本文讨论了把ＤＳＰ（多次平均、数字带通滤波以及最小二乘法拟合）应用到波长调制光谱技术中，发现波长调制吸收光谱的二次谐波信号灵敏度大大提高，同时选择合适的调制频率使得光谱分辨率也大大提高．而且利用该技术提高波长调制灵敏度有易实施、易更新、不需要增加或改动设备等优点，不失为一种简单、高效的方法．
２．波长调制原理
光通过介质时部分被吸收，由于气体分子的吸收对光谱具有选择性，而且与吸收系数、物质的浓度、通过吸收介质的长度有关，在没有饱和的弱吸收情况下其透过光强满足Ｂｅｅｒ－Ｌａｍｂｅｒｔ法则ｎ２＿１５｜：
，（ｖ）＝，０ｅ一却，（１）其中厶，，分别为激光输入光强和透射光强，仃为气体样品的吸收截面，三为吸收样品的光学长度，Ｊ０为样品的密度．
当激光发射波长在中心波长ｖ。处以调制频率∞。进行调制时，则激光发射波长的瞬时频率为ｖ＝ｖ。＋３ｖｃｏｓ（∞。ｔ），０＂１，１为调制振幅，则通过吸收滞后的激光强度可以表达成余弦Ｆｏｕｒｉｅｒ级数：
，（ｙ，ｔ）＝＞：Ａ。（ｖ）ｃｏｓ（砌。ｔ），（２）
：面
上式中的Ａ。（对／７，＞Ｏ）是不同谐波成份，它可
。国家高科技发展计划激光技术领域基金（批准号：２００２ＡＡ８２５１００）资助的课题＋通讯联系人．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｊｉｅ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ
１０期邵杰等：信号处理改善波长调制光谱灵敏度的实验研究
以通过锁相放大器来进行测量，
Ａ。（ｖ）：三ｈ（ｙ＋艿ｃｏｓ０）ｅｈ…№帅］ｃｏｓ（ｎＯ）ｄＯ，
Ａ。（ｖ）＝÷Ｉ厶（ｙ＋卜烈“舭础脚１，
（３）
这里０＝叫。ｔ．在吸收很小的情况下（ｐ／ａ＜＜１），并把
盯（ｖ）进行Ｔａｙｌｏｒ展开后ｎ２｜，上式可以写成：
¨心一丁ＩｏＳｐＬ２１－＂乳掣Ｌ．，（４）
这里仃＝ＳＸ（ｖ），其中Ｓ为吸收线强，Ｚ（ｖ）为面
积归一化的吸收线型．
从（４）式可以看出谐波成分与样品的浓度、吸收线强以及吸收长度成正比，所以人们常常用这种方法来探测气体样品的浓度．同时可以看出ｎ次谐波成分与线型ｚ（ｖ）的ｎ阶导数成正比，这就是通常所说的波长调制光谱，也有人称为导数光谱．对气体工作物质，主要有碰撞引起的均匀加宽（Ｌｏｒｅｎｚ线型）和分子热运动引起的Ｄｏｐｐｌｅｒ非均匀加宽（Ｇａｕｓｓ线型）．
在较低气压下Ｄｏｐｐｌｅｒ加宽占主要作用，此时吸收的线型为归一化的Ｇａｕｓｓ线型函数ｎ１’１３１：
ｚ。（。）：丁１．佤孺ｅ地（芋）２，（５）
７Ｄ＝３．５８Ｘ１０～×ｖｏ俪，（６）ＺＧ为Ｇａｕｓｓ归一化线型函数．ｙＤ是Ｄｏｐｐｌｅｒ线型下的半高宽，ｖ。为吸收线的中心频率，ｒ和肘分别是Ｋｅｌｖｉｎ温度和分子量．把式（５）分别带人式（４），可以得到二次谐波信号：
Ｓ２一（。）：一７辔ｌｎ２ｅ－Ｉｎ（百ｖ－ｖ０）２
×［ｙ；一２１ｎ２（ｙ—ｙｏ）２］艿２ｙ．（７）３．实验装置
实验装置如图１所示，该装置的主要目的是用来研究高分辨、高灵敏度的气体吸收光谱以及痕量气体分析．图中采用的Ｗｈｉｔｅ型多通池基长为８ｍ，最大有效光程可达１０９７ｍ；池内温度可以在一５６．５一＋９６℃之间进行控制，且池体温度的均匀性优于±０．５℃；池体内部可维持１０ｑＰａ以上的高真空．为了避免其他气体的干扰，我们在进行实验前把多通池多次抽真空（２．４Ｘ１０。４Ｐａ以下）后，然后用９９．９９％纯ＣＯ：冲洗多通池，最后再抽真空．本实验中采用的光源为连续可调的ＤＦＢ二极管激光器，
图１实验框架图
调谐范围为７５９０－－７６２０ｃｍ～，该激光器中心发射波长为１．３１５弘ｍ、边模抑制比３０ｄＢ、发射线宽２ＭＨｚ，此发射线宽与气体的吸收线宽（ＧＨｚ以上）相比可以忽略不计．该激光器的温度和电流由ＴＤＳ３７２４Ｂ半导体激光电源控制，该激光器的电流与波长的变化关系约为０．０１７ｃｍ～／ｍＡ，而激光控制电源的精度为０．０１ｍＡ．激光器输出的约１０％输入到波长计中用以检测激光的发射波长，１０％输入到光功率计中用以检测激光的输出功率变化，剩余的大部分光输入到长程多通池中用以吸收测量，然后用一个ＩｎＧａＡｓ探测器检测透过多通池的光信号．透过信号最后被送到一个锁定放大器中解调，解调信号用安装有数据采集卡的个人计算机进行采集，采集的信号用呦ｗｉｎｄｏｗｓ／ｃｖＩ编辑的程序进行分析．在实验过程中，我们通过计算机的ＧＰＩＢ接口控制激光电源改变激光器的温度和驱动电流以实现扫描和调制激光发射波长；同时锁相放大器的解调信号由数据采集卡进行控制采集．
在本实验中为了增加系统的灵活性、抗震动性，我们对原有系统光路¨４０做了几点重要的改进：用光纤耦合器来取代原来的透镜组组成的光耦合系统；同时为了避免光耦合系统的光反射到激光器内而造成激光功率的不稳定，在光纤耦合器与光纤准直器之间增加一个光纤隔离器．
在使用ＤＦＢ二极管激光器扫描激光波长时，我们通过一个函数发生器产生一个锯齿波电压信号，给激光控制电源提供外加扫描电压来扫描激光波长．为了便于信号处理，函数发生器在扫描激光波长的同时让函数发生器产生同步ｒＩ－Ｉ＇Ｌ信号给数据采集卡提供触发信号，如图２所示．高电平时数据采集卡采集的信号有效，这样就可以保证每个周期内的采集信号准确重复，为使用多次平均采集信号平均提供准确地可重复性．
物理学报５４卷
图２函数发生器同步信号
４．实验结果分析
为了说明信号处理对波长调制光谱信号的改善
效果，我们的实验结果全在同一条件所得．光程为
８５０ｍ、多通池压力为６０Ｐａ时纯ＣＯ，、锁相放大器的
调制频率和调制振幅分别为１．４２９ｋＨｚ和３８ｍＶ，激
光控制器的温度和中心电流分别为２８℃和７０ｍＡ时
的二次谐波探测的实验结果．同时我们为了说明我
们实验系统的高灵敏度，我们特意从ＨＩＴＲＡＮ数据
库选择了两条十分弱的吸收谱线．这两条谱线是
４１１１３－－０１１０１带中Ｒ２４，Ｒ２５两条吸收谱线，从
》＼
瑙矮心逛
＞＼
越喂心地
＞
＼
魁
憩
心
趣坚
ＨＩＴＲＡＮ数据库可查出相应吸收的中心位置分别为
７６００．４７３７３８ｃｍ～，７６００．５７７０１８ｃｍ～，吸收强度分别
为１．０８１×１０—２６和１．１４１×１０—２６ｃｍ一１／（ｍｏｌｅｃｕｌｅ×
ｃｍ。２）（见ＨＩＴＲＡＮ数据库）．
图３中（ａ）为在一个波长扫描周期内的单次信号，（ｃ）为同一波长扫描范围内１００次扫描平均的结
果．图３中实线为根据公式（７）用最小二乘法拟合
多峰结果，最后根据信号振幅与拟合后的残余噪声
振幅的比值求出图３中（ａ），（Ｃ）的信噪比分别为
１．６９与２４．从信噪比结果可以看出，１００次平均信
号得到的信噪比比单次采集信号的信噪比高１４倍．
为了进一步提高信噪比、以及弄清滤波对信噪比的影响，我们对单次采集信号和多次平均信号进
行了滤波，图３中（ｂ），（ｄ）分别对应图３中的（ａ），
（Ｃ）的滤波．图３中实线为采用二次谐波理论公式
多峰最小二乘法拟合结果，最后根据信号振幅与拟
合后的残余振幅噪声的比值得出图３中（ｂ），（ｄ）的
信噪比分别为４．７与６２．结果表明滤波同样能改善
信噪比，同时从图３中（ｂ），（ｄ）可以看出低通滤波对
高频白噪声有很好的抑制．
＞
、、
型
隈
心
趣坚
图３不同信号处理结果
１０期邵杰等：信号处理改善波长调制光谱灵敏度的实验研究４６４１
从以上的结果可以看出，在相同条件下仅仅采用多次平均可以使信噪比提高１４倍左右，仅仅采用数字滤波仅仅使信噪比提高不到３倍，如果把多次平均和数字滤波结合起来可以使信噪比提高３７倍左右．同时可以看出采用数字滤波的方法可以使高频的白噪声明显的降低，而多次平均对由于激光功率的不稳定性带来的基线不平坦噪声很好地抑制，因此把这两种信号处理技术应用到波长调制吸收光谱中使得信噪比大大的提高，相应的灵敏度也得到了大大的改善．
＞
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｛醚
嚼
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＞波数／ｃｒｎ一１
虬０ｉＥ三三三互习
攸一．２Ｅ．二：：竺星．Ｊ
图４５９８．５Ｐａ压力下通过波长调制光谱技术观测到的纯Ｃ０２的４段谱线
为了更能说明利用上述的信号处理提高信噪比的能力，我们用中心发射波长为１．５２ｔｔｍ的ＤＦＢ半导体激光器进行了ＣＯ：气体的波长调制实验，实验结果如图４．该实验结果是在光程长为４７９ｍ、压力为５３２Ｐａ的纯度为９９．９９％的ｃｏ，进行了直接吸收的实验，图４中的虚线为在一个波长扫描周期内的１００次平均的二次谐波吸收信号，实线为最小二乘法的多谱线拟合结果．其中激光电源的控制温度设置在１５℃、中心电流设置在７０ｍＡ，锯齿波的扫描电压为±０．７５Ｖ．从图中可以看出有４段谱线，而从最新的Ｈｉｔｒａｎ２００４数据库中可以查出这段谱线只有３条谱线，分别对应图４中的Ｕ，ｂ，ｄ．其中吸收峰Ｕ，ｂ，ｄ对应的位置和强度分别为６５１６．４３５６３５ｃｍ～，６５１６．５２８４０４ｃｍ～，６５１６．９５５９９８ｃｍ～，对应的强度分另０为８．０８４×１０—２７ｃｍ一１／（ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｃｍ一２），１．０２×１０～ｃｍ。１／（ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｃｍ。）。１．０７５×１０～ｃｍ。，（ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｃｍ以）．其中图４中谱线口是ＣＯ：在４００１１—１０００１泛频带的Ｐ２０；而谱线ｂ，ｄ分别是ＣＯ：在３１１１１—０１１０１泛频带的Ｐ２４，Ｐ２３．可是谱线Ｃ在最新的Ｈｉｔｒａｎ２００４数据库中还没有发现这条谱线，通过最ｄｘ－－乘法拟合的结果我们可以得到这条谱线的位置和强度分别为６５１５．７８５０１ｅｍ～，２．５４×１０埘ｃｍ一／（ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｃｍ以）．
通过采用波长调制技术与数字信号处理技术结合起来，我们对ＣＯ：在Ｉ．５３／－ｍ附近的弱谱带的谱线测量结果可以看出信噪比大大提高．在此较低的气压下我们已经测量～１０。２７ｃｍ。１，（ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｃｍ。２）强度量级的吸收谱线，如：Ｃ０２在４００１１—１０００１泛频带的Ｐ２０，并同时发现了一条强度为２．５４×１０埘ｃｍ～／（ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｃｍ。２）的新谱线．我们的多通池光程长可以达到千米，如果再增加光程长度、把数字ＤＳＰ技术同波长调制技术结合起来可以测量更低强度的吸收谱线，在低气压下我们可以测量谱线的极限强度到一１０锄ｃｍ。１／（ｍｏｌｅｃｕｌｅ?ｃｍ。２），这使我们这套设备作为光谱分析、以及高灵敏度探测、气体同位素分析成为可能．
５．结论
总之，通过把多次平均、数字带通滤波以及最小二乘法拟合等几种信号处理技术成功地应用到波长调制光谱中，使波长调制吸收光谱的探测灵敏度大大的提高．从实验结果可以看出应用信号处理技术使信噪比增加一个多数量级、并发现了一条最新Ｈｉｔｒａｎ２００４数据库没有的谱线，同时可以看出我们的波长调制光谱系统具有非常高的灵敏度，为以后的光谱分析、同位素含量探测提供了基础．数字信号处理不需要增加辅助设备就可以抑制波长调制光谱信号的噪声，且可以很容易适应变化的实验条件，因此信号处理的方法可以应用到不同的光谱探测方法中以降低随机白噪声以及激光功率不稳定带来的噪声．
４６４２物理学报５４卷
［１］［２］
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ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈＯｎｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｂＶｓｉｑｎａＩｐｒｏｃｅｓｓｍｑ“
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ＣａｏＺｈｅｎ．Ｓｏｎ９１）扪ＰｅｉＳｈｉ．Ｘｉｎ２）ＺｈａｎｇＷｅｉ—Ｊｕｎ２）
１’（ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ嘶，ＡｎｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）
２’（ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｎｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）
（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ１０Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００４；ｒｅｖｉｓｅｄｍａｎｕｓｃｒｉｐｔｒｅｃｅｉｖｅｄ２５Ｊａｎｕａｒｙ２００５）
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ｐｒｅｓｅｎｔａｓｉｇｎａｌ—ｐｒｏｃｅｓｓｉ‘ｎｇｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｕｎａｂｌｅ
ｄｉｏｄｅｌａｓｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．Ａｓｉｇｎａｌ－ｔｏ?ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆａｎｏｒｄｅｒｏｆｍａｇｎｉｔｕｄｅｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｗｈｅｎｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓｉｎ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓ，ｄｉｏｄｅｌａｓｅｒ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ＰＡＣＣ：０７６５Ｇ，４２２５Ｂ，４２８０，４２６０Ｆ
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’Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈａｏｊｉｅ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ
信号处理改善波长调制光谱灵敏度的实验研究
作者：邵杰， 高晓明， 袁怿谦， 杨顒， 曹振松， 裴世鑫， 张为俊， Shao Jie， Gao Xiao-Ming， Yuan Yi-Qian， Yang Yong， Cao Zhen-Song， Pei Shi-Xin， Zhang Wei-Jun
作者单位：邵杰,高晓明,曹振松,Shao Jie,Gao Xiao-Ming,Cao Zhen-Song(中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械
研究所环境光谱学实验室,合肥,230031)， 袁怿谦,Yuan Yi-Qian(中国科学院安徽光学精密
机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥,230031)， 杨顒,裴世鑫,张为俊
,Yang Yong,Pei Shi-Xin,Zhang Wei-Jun(中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学
实验室,合肥,230031)
刊名：
物理学报
英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA
年，卷(期)：2005，54(10)
引用次数：8次
参考文献(15条)
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13.Shao J.Gao X M.Zhang W J查看详情 2005
14.魏合理.邬承就.龚知本查看详情 2002
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表面等离子体共振（SPR）技术通过测量金属表面附近折射率的变化来研究物质的性质，是一种简单、直接的传感技术。该技术已从原理性研究向应用性研究飞速发展，SPR传感器在生化检测、环保及食品监测等诸多领域具有极大的发展潜力。 首先，本文对波长调制型棱镜SPR传感器的工作原理进行了理论研究，讨论了入射光角度、金属镀膜材料、金属膜厚度及介电常数、棱镜折射率、环境介质的折射率以及多层膜结构等系统参数对SPR光谱的影响，为实际应用中棱镜SPR检测系统光学参数的选择提供了理论依据。 其次，对光纤SPR传感器的工作原理进行了研究，对光纤探头芯径、探头长度，金属膜种类和厚度、环境介质折射率及调制层等结构参数进行了优化。通过实验验证了光纤SPR检测系统在不同折射率环境介质中的特性。同时，在对棱镜型和光纤型SPR传感器理论分析的基础上，采用MATLAB7的GUIDE工具对SPR传感器进行模拟仿真，以可视化的方式来研究SPR传感器反射光谱与各系统参数之间的关系。 再次，对分布式光纤SPR传感器的工作原理进行了分析研究，并对其分辨率和检测范围进行了初步探讨。在分立式光纤SPR检测系统的基础上，建立了两种简单的分布式SPR传感结构，并通过实验研究了这两种分布式光纤SPR传感器在不同折射率环境介质中的传感特性。
最后，利用小波分析方法对SPR检测系统进行了信号处理，校正了由于噪声所产生的共振波长的漂移，并对SPR光谱信号进行了压缩处理。同时利用多分辨率分析的方法将分布式SPR光谱中的重叠信号进行分离，提高了分布式光纤SPR检测系统的分辨率。
基于光纤珐珀应变传感器的基本原理,利用数字信号处理的方法对光纤珐珀应变传感器的串联复用技术进行了研究,进行了复用加载仿真,通过复用加温实验进行了验证.
4.学位论文矫晓敏基于TDLAS的甲烷气体测量系统的研究2008
环境污染检测和工业生产过程要求实现甲烷的高精度、高灵敏度在线测量，研究可调谐二极管吸收光谱技术以实现甲烷气体的测量具有重要意义。本文在分析国内外气体浓度检测技术研究现状和发展趋势基础上，深入探讨了激光二极管波长调制后，检测二次谐波幅值反演甲烷气体浓度的技术方法。 在气体吸收光谱理论和甲烷吸收光谱特性分析基础上，确定了1653nm为甲烷气体的探测波长，完成了TDLAS甲烷气体浓度检测系统的整体设计和制作。选择了可调谐DBF LD作为系统光源，设计制作了气体室和甲烷配气系统，设计了低噪声光探测放大电路及滤波电路，采用锁相放大技术提取二次谐波；应用嵌入式系统设计了信号处理及控制终端。 分析了TDLAS系统噪声来源及类型，为提高系统信噪比提供了理论依据；通过对光电转换电路测试结果分析，得到系统信噪比为8．946×10—5 C2/V2no。 设计了以S3C2410微处理器为核心的信号处理终端系统，在Linux平台下开发了数据采集和处理程序；研究了温度和压力补偿算法，以提高系统测量精度。 实验研究了激光二极管温度、电流调制对二次谐波信号的影响，讨论了外界压力和温度对甲烷吸收谱线的影响；研究了甲烷浓度与二次谐波幅值的关系；测量和分析了系统的示值对比、重复性、稳定性和灵敏度，得到系统理论探测灵敏度为33ppm，验证了系统的可行性。
5.会议论文朱永.陈伟民.王宁.黄尚廉波长调制型光纤珐珀应变传感器串联复用技术研究2003
本文基于光纤珐珀应变传感器的基本原理,利用数字信号处理的方法对光纤珐珀应变传感器的串联复用技术进行了研究,进行了复用加载仿真,通过复用加温实验进行了验证.
6.学位论文窦贺鑫基于TDLAS的气体在线检测系统研究2007
保护人类生存环境，实施可持续发展战略，是中国乃至全世界在21世纪的主题。在改革开放过去的近30年里，我国以资源的大量损耗，自然环境污染的日益加剧，生态环境的日益恶化换来了社会经济的飞速发展和人们生活水平的极大提高。但是随着国家可持续发展战略的实施和人们环保意识的提高，对石油化工、钢铁冶金和垃圾焚烧等行业的生产处理过程产生的污染物进行实时检测，以便保护环境成为人们日益关心的问题。有害气体排放是污染物排放的重要方面，对人们的日常生活影响巨大。传统的有害过程气体实时检测方法通常是首先对有害气体进行除尘、去水等预处理，然后通过不分光红外气体分析仪进行检测。这种检测方法获得的气体信息易失真，标定周期短，响应时间长，无法做到实时检测。本课题选择基于TDLAS(可调谐激光吸收光谱)技术的气体检测系统对生产处理过程中的有害气体进行在线检测，优势在于无需预采样，实地测量，气体信息不易失真，定时自动标定，无需手动标定，响应时间短，在有害过程气体的实时检测方面有广泛的应用前景。 本课题作为气体TDLAS检测的基础性研究，从红外吸收光谱的原理出发，说明了TDLAS技术的普遍性和特殊性，给出用于气体浓度求解的理论公式和技术路线。针对待测气体浓度低，信号弱的特点，从激光光源和检测器的选择、光学系统组成、波长调制光谱技术和谐波检测技术的应用、测量结果的信号处理等方面进行了优化。重点是提取单吸收谱线信号，而后利用差分光谱法和最小二乘法曲线拟合法对吸收谱线信号进行了线性标定。
7.期刊论文高雪清.姜德生.GAO Xue-qing.JIANG De-sheng双边缘均值光纤Bragg光栅波长解调技术-应用光学
2006,27(6)
光纤Bragg光栅(FBG)传感器是一种波长调制型传感器,波长解调技术是FBG传感系统的关键,通常是对FBG反射谱进行波形采样,得到反射谱的峰值信号,以此作为FBG中心波长的特征值.这种方法需要实时采集大量数据,所以影响解调速度.通过对FBG反射谱的分析,得出FBG反射谱具有很好的对称性.在此基础上提出了采用反射波双边缘均值的方法测算中心波长.实验证明,采用这种方法进行波长解调,可以使FBG信号处理简单、动、静态波长时测算精度高,可以极大地提高解调系统处理FBG传感信号的速度.
8.学位论文尹丽静基于径向基函数网络的FBG传感器解调信号的分析与处理2008
光纤布拉格光栅(FBG)传感器已成为目前国内外光纤传感领域研究的热点，它属于波长调制型传感器。与强度和相位调制型等其他类型光纤传感器相比，具有抗电磁干扰、易复用等优点，因此得到了广泛的应用。目前限制FBG传感器走向实用化的关键问题是如何将波长位移实时地、高精度地解调出来。 本文首先系统的介绍了FBG传感器技术的特点及各种解调方法的优缺点，详细分析了以可调谐光纤F-P滤波器为基础器件的解调方案原理。其次，由于光纤光栅的封装工艺、解调系统中其它光学器件性能的非理想因素的影响以及光电转换后相关后续处理的作用，使波形产生畸变、发生失真。这给FBG传感器解调系统带来了困难，如果再使用传统的的峰值检测法和高斯拟合法会产生较大的误差。针对上述问题，本文提出了利用径向基函数网络进行光谱重构的方法。在理论分析的基础上进行MATLAB仿真，结果表明：与传统的峰值检测法和高斯拟合算法相比，用该方法进行光谱重构能够减小解调误差，从而提高解调的精度。最后，根掘实验室条件和算法的具体要求，对解调系统进行软硬件设计及其功能实现。硬件部分，完成DSP及其外围电路的设计，解调系统电信号处理部分的DSP芯片选用TI公司的TMS320VC5416PGE：软件部分，利用C和汇编混合编程，完成核心算法和与硬件相关的软件设计。采用C++Builder编写上位机程序，完成通过串口通讯来控制DSP的动作，实现数据的可视化输出、数据的存储和查询等功能。
9.期刊论文李淦.代华.王维刚.安文书.王锦强.LI Gan.DAI Hua.WANG Wei-gang.AN Wen-shu.WANG Jin-qiang电
火工品电磁脉冲危害的测试实验-兵工自动化2006,25(11)
电火工品的电磁脉冲危害测量采用新型白光光纤温度传感器.测试系统含光纤温度探头、光纤调理器及其测控软件.系统由自带光源发出白光经耦合器进入光纤,传输到探头.探头感受桥丝温度变化并进行光线波长调制.调制光由同一光纤反射回耦合器后,经另一光纤送到光纤解调器,经过A/D转换、信号处理和D/A转换后,以模拟量输出.该信号被高速数据采集卡采集后送入计算机.
10.学位论文李静基于DSP的光纤光栅解调系统研究2008
光纤布拉格光栅传感器属于波长调制型光纤传感器，具有不受光源功率波动和系统损耗等独特的优点，被广泛应用于航天、船舶、电力、石油及医学等众多领域，是目前光纤传感领域的研究热点之一。在光纤光栅传感系统中，中心波长位移的精确测量决定传感信号的精度，因此对传感信号的精密解调是光纤光栅传感器实用化的关键技术之一。研发高灵敏度、稳定性好、性价比高的新型传感解调系统以取代昂贵的、大体积的光谱分析仪，在工程应用中具有非常重要的意义。 论文从Fabry-Perot可调谐滤波器波长选择特性出发，设计和研究了基于高速数字信号处理器(DSP)的光纤光栅波长解调系统。系统使用Fabry-Perot可调谐滤波器获取传感器反射信号的光谱；对光路解调中提取出来的信号进行数字量化、分析，并通过串行通讯接口(SCI)将所得数据传送给上位机，完成各种检测功能。通过相应的硬件和软件设计，完成数据采集、数据处理等任务，实现快速高效的系统控制。论文分析了该光纤光栅解调系统的误差来源，并通过加入参考光栅校准，克服了可调谐滤波器重复性差的弊端，提高了系统的测量精度。 论文从理论和实验两方面分析验证了系统的可行性。与基于光谱分析仪的解调系统相比，本光纤光栅波长解调系统结构简单，精度较高，可以取代光谱分析仪执行简单功能。论文最后在对系统深入研究的基础上提出了许多改进该解调系统精度的方案，为进一步的研究提供了参考。
引证文献(8条)
1.蔡学森.戴金波波长调制光谱理论研究[期刊论文]-国外电子测量技术 2009(6)
2.李政颖.王洪海.姜宁.程松林.赵磊.余鑫光纤气体传感器解调方法的研究[期刊论文]-物理学报 2009(6)
3.李政颖.王洪海.程松林.赵磊.余鑫光纤气体传感的双光路相位保持方法[期刊论文]-光学学报 2009(3)
4.李政颖.王洪海光谱吸收式全量程甲烷检测技术的研究[期刊论文]-武汉理工大学学报 2009(5)
5.鲍吉龙.全瑞花.丁志群.郑德春于ARM9的乙炔气体浓度监测研究[期刊论文]-自动化仪表 2008(08)
6.邓广福.刘光达.周志坚提高可调谐激光光谱气体检测精度的研究[期刊论文]-激光与红外 2008(05)
7.全瑞花.丁志群.鲍吉龙程控增益光电检测前置放大电路设计[期刊论文]-舰船电子工程 2008(04)
8.邓广福.刘光达.周志坚.李华楠.田磊基于可调谐激光光谱的气体传感系统的研究[期刊论文]-传感技术学报2007(12)
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c 在这里是光速，x 、y 和z 是空间的坐标，t 是时间的坐标，u (x ,y ,z )是描写光的函数，下标表示取偏导数。在空间固定的一点（x 、y 、z 固定），u 就成为时间的一个函数了。通过 傅里叶变换我们可以获得每个波长的振幅。由此我们可以得到这个光在每个波长的强度。这样一来我们就可以从波动方程获得一个光谱。 但实际上要描写一组光谱到底会产生什么颜色，我们还的理解视网膜的生理功能才行。 亚里士多德就已经讨论过光和颜色之间的关系，但真正阐明两者关系的是艾萨克·牛顿。约翰·沃尔夫冈·歌德也曾经研究过颜色的成因。托马斯·杨1801年第一次提出三元色的理论，后来赫尔曼·冯·亥姆霍兹将它完善了。1960年代人们发现了人眼内部感受颜色的色素，从而确定了这个理论的正确性。 人眼中的锥状细胞和棒状细胞都能感受颜色，一般人眼中有三种不同的锥状细胞：第一种主要感受红色，它的最敏感点在565纳米左右；第二种主要感受绿色，它的最敏感点在535纳米左右；第三种主要感受蓝色，其最敏感点在445纳米左右。杆状细胞只有一种，它的最敏感的颜色波长在蓝色和绿色之间。 每种锥状细胞的敏感曲线大致是钟形的。因此进入眼睛的光一般相应这三种锥状细胞和杆状细胞被分为4个不同强度的信号。 因为每种细胞也对其他的波长有反映，因此并非所有的光谱都能被区分。比如绿光不仅可以被绿锥状细胞接受，其他锥状细胞也可以产生一定强度的信号，所有这些信号的组合就是人眼能够区分的颜色的总和。 如我们的眼睛长时间看一种颜色的话，我们把目光转开就会在别的地方看到这种颜色的补色。这被称作颜色的互补原理，简单说来，当某个细胞受到某种颜色的光刺激时，它同时会释放出两种信号：刺激黄色，并同时拟制黄色的补色紫色。 事实上，某个场景的光在视网膜上细胞产生的信号并不是完全被百分之百等于人对这个场景的感受。人的大脑会对这些信号处理，并分析比较周围的信号。例如，一张用绿色滤镜拍的白宫照片——白宫的形象事实上是绿色的。但是因为人大脑对白宫的固有印象，加上周围环境的的绿色色调，人脑的会把绿色的障碍剔除——很多时候依然把白宫感受成白色。这被称作现象在英文中被称作“Retinex”——合成了视网膜（retina ）和大脑皮层（cortex ）两个单词。梵高就曾使用过这个现象作画。 人眼一共约能区分一千万种颜色，不过这只是一个估计，因为每个人眼的构造不同，每个人看到的颜色也少许不同，因此对颜色的区分是相当主观的。假如一个人的一种或多种锥状细胞不能正常对入射的光反映，那么这个人能够区别的颜色就比较少，这样的人被称为色弱。有 时这也被称为色盲，但实际上这个称呼并不正确，因为真正只能区分黑白的人是非常少的。 杆状细胞。杆状细胞虽然一般被认为只能分辨黑白，但它们对不同的颜色的灵敏度是略微不同的，因此当光暗下来的时候，杆状细胞的感光特性就越来越重要了，它可以改变我们对颜色的感觉。 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况 ，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
1、芯片发光颜色（COLW） 红（Red）：R（610nm-640nm）黄（Yellow）：Y（580nm-595nm）兰（Blue）：B（455nm-490nm）兰绿（Cyan）：C（490nm-515nm）绿（Green）：G（501nm-540nm）紫（Purple）：P（380nm-410nm）琥珀（Amber）：A（590nm-610nm）白（White）：W2 黄绿（Kelly）：K（560nm-580nm）暖白（Warm white）W3 2、颜色波长 ★红： R1：610nm-615nm R2：615nm-620nm R3：620nm-625nm R4：625nm-630nm R5：630nm-635nm R6：635nm-640nm ★黄： Y1：580nm-585nm Y2：585nm-590nm Y3：590nm-595nm ★琥珀色： A1：600nm-605nm A2：605nm-610nm ★兰绿： G1：515nm-517.5nm G2：517.5-520nm G3：520nm-525nm G4：525nm-530nm G5：530nm-535nm G6：535nm-540nm ★兰： B1：455nm-460nm B2：460nm-462.5nm B3：462.5nm-465nm B4：460nm-465nm B5：465nm-470nm B6：470nm-475nm B7：475nm-480nm B8：480nm-485nm B9：485nm-490nm ★黄绿： K1：560nm-565nm K2：565nm-570nm K3：570nm-575nm K4：575nm-580nm ★纯绿： C1：490nm-495nm C2：495nm-500nm C3：500nm-515nm
常用的五类光纤传感器基本原理解析 根据被调制的光波的性质参数不同，这两类光纤传感器都可再分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振态调制光纤传感器和波长调制光纤传感器。 1）强度调制型光纤传感器 基本原理是待测物理量引起光纤中传输光光强的变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。恒定光源发出的强度为I的光注入传感头，在传感头内，光在被测信号的作用下其强度发生了变化，即受到了外场的调制，使得输出光强的包络线与被测信号的形状一样，光电探测器测出的输出电流也作同样的调制，信号处理电路再检测出调制信号，就得到了被测信号。 这类传感器的优点是结构简单、成本低、容易实现，因此开发应用的比较早，现在已经成功的应用在位移、压力、表面粗糙度、加速度、间隙、力、液位、振动、辐射等的测量。强度调制的方式很多，大致可分为反射式强度调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般反射式强度调制、透射式强度调制、折射率强度调制称为外调制式，光模式称为内调制式。但是由于原理的限制，它易受光源波动和连接器损耗变化等的影响，因此这种传感器只能用于干扰源较小的场合。 2）相位调制型光纤传感器 基本原理是：在被测能量场的作用下，光纤内的光波的相位发生变化，再用干涉测量技术将相位的变化转换成光强的变化，从而检测到待测的物理量。相位调制型光纤传感器的优点是具有极高的灵敏度，动态测量范围大，同时响应速度也快，其缺点是对光源要求比较高同时对检测系统的精密度要求也比较高，因此成本相应较高。 目前主要的应用领域为：利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器；利用赛格纳克效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。
序号波长峰尖数值 1 581.800 171.1 2 584.650 623.1 3 587.750 1972.1 4 587.950 1994.1 5 590.450 129.1 6 594.200 470.1 7 599.100 66.1 8 609.400 766.1 9 609.650 668.1 10 614.050 872.1 11 621.550 149.1 12 629.400 74.1 13 632.450 738.1 14 633.100 595.1 15 635.050 45.1 16 638.250 799.1 17 639.850 792.1 18 640.350 2115.1 19 650.400 812.1 20 650.700 615.1 21 653.100 127.1 22 659.800 731.1 23 667.650 764.1 24 668.100 1256.1 25 692.550 660.1 26 702.800 767.1 27 703.050 444.1 28 706.550 708.1 29 717.500 47.1 30 724.350 157.1 31 728.100 616.1 序号波长峰谷数值 1 584.7 216.1 2 587.8 1955.1 3 598. 4 18.1 4 609. 5 400.1 5 613.3 18.1 6 617.3 20.1 7 630.0 36.1 8 632.5 306.1 9 638.3 376.1 10 639.2 20.1 11 650.5 447.1 12 667.7 409.1 13 703.8 13.1 14 728.2 187.1
1 GPS接收机的灵敏度定义 随着GPS应用范围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。 作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。 GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。 2 GPS接收模块的灵敏度性能分析 从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。 2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响 GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为： （1） 按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为： （2） GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1频段 C/A信号到达地面的强度可能会低于-160dBw。
可见光 指能引起视觉的电磁波。可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。 可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域 人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。 红外光谱 红外光谱（infrared spectra），以波长或波数为横坐标 以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。按红外射线的波长范围，可粗略地分为近红外光谱（波段为0.8～2.5微米）、中红外光谱（2.5～25微米）和远红外光谱（25～1000微米）。对物质自发发射或受激发射的红外射线进行分光，可得到红外发射光谱，物质的红外发射光谱主要决定于物质的温度和化学组成；对被物质所吸收的红外射线进行分光，可得到红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，它是一种分子光谱。分子的红外吸收光谱属于带状光谱。原子也有红外发射和吸收光谱，但都是线状光谱。 量子场论或量子电动力学可以正确地描述和解释红外射线（一种电磁辐射）与物质的相互作用。若采用半经典的理论处理方法，即对组成物质的分子和原子作为量子力学体系来处理，辐射场作为一种经典物理中的电磁波并忽略其光子的特征，则分子红外光谱是由分子不停地作振动和转动而产生的。分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动模式。当孤立分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动。含N个原子的分子应有3N－6个简正振动方式；如果是线性分子，只有3N－5个简正振动方式。图中示出非线性3原子分子仅有的3种简正振动模式。分子的转动指的是分子绕质心进行的运动。分子振动和转动的能量不是连续的，而是量子化的。当分子由一种振动（或转动）状态跃迁至另一种振动（或转动）状态时，就要吸收或发射与其能级差相应的光。 研究红外光谱的方法主要是吸收光谱法。使用的光谱有两种类型。一种是单通道或多通道测量的棱镜或光栅色散型光谱仪，另一种是利用双光束干涉原理并进行干涉图的傅里叶变换数学处理的非色散型的傅里叶变换红外光谱仪。 红外光谱具有高度的特征性，不但可以用来研究分子的结构和化学键，如力常数的测定等，而且广泛地用于表征和鉴别各种化学物种。 紫外光谱 紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波，由低能级跃近到高能级而产生的一种光谱，也称之为电子光谱。目前使用的紫外光谱仪波长范围是200~800nm。其基本原理是用不同波长的近紫外光（200~400nm）依次照一定浓度的被测样品溶液时，就会发现部分波长的光被吸收。如果以波长λ为横坐标（单位nm），吸收度（absorbance）A为纵坐标作图，即得到紫外光谱（ultra violet spectra，简称UV）。
工程中模态灵敏度的计算方法 灵敏度即求导信息，它是一种度量，是一种评价由于设计变量或参数的改变而引起结构特性变化的变化程度的方法。系统的灵敏度分析的主要目的是确定设计参数变更时，系统响应、特征值及特征向量等发生的变化率，因此通过灵敏度分析可得到为实现最优化所需要的设计导数。它是当前力学和结构工程领域的主要研究方向之一。例如在结构优化、可靠性评估及结构控制等工程领域，灵敏度信息即是一个主要的先决条件，通常依据灵敏度性态来确定对优化目标及状态变量影响较大的设计参数，利用程序可自动选择灵敏度高的参数进行操作。在结构系统的模型修正时，基于设计参数及矩阵元素的修正算法，可以使用无阻尼实模态的正交归一化条件作为约束求解修正量，目前也有一些文献在使用复模态的正交归一化条件来设计修正算法，这些算法经常使用各种模态参数的灵敏度信息参与修正量的求解。当前，结构安全性检测有时也依赖灵敏度信息来确定结构是否出现损伤、损伤的位置及损伤的严重程度等。 1 阻尼与模态 依据结构阻尼的性质可将振动系统分为无阻尼、比例阻尼及一般粘性阻尼三种情况。在应用灵敏度分析的相关领域中，各种阻尼情况下的模态分析是其重要的基础。 无阻尼情况下的模态被称为实模态或纯模态，特征方程的根比较容易依据方程（λ2M+K）x=0的特征值问题求解，这种问
题在数学意义上称为广义特征问题，得到实频率-ω2r=λ2r及相对应的实模态。当比例阻尼矩阵满足方程C=αM+βK （α，β 为实常数）时，比例阻尼系统具有复频率λ2r，并满足【1】 且与无阻尼系统具有相等的实模态向量。可见比例阻尼系统的数值计算量远低于一般的粘性阻尼系统。当系统的阻尼近似为一般粘性阻尼时，系统的极点与模态都是复值的，系统的特征问题为（λ2M+λC+K）x=0。这不是一般意义上的特征问题，为了将系统特征问题转化为数学意义上的特征问题，即实值矩阵的一般特征问题，常将系统方程转入状态空间形式，第一种常见的状态方程形式为Ay+By=0，其中【2】 这种类型的状态矩阵总也不是对称的，导致它的右状态向量系总也不是内部正交的，还必须要求M-1存在。但是，它的优点是振动系统的特征问题转化为一般矩阵 A 的特征问题，而不是第一种的广义特征问题。在使用两种状态方程的状态向量正交关系时，必须格外注意它们与系统的左右模态之间的关系，以及考虑系统性质矩阵是否对称等，否则极易得到错误的结论。讨论状态向量的正交性及灵敏度问题的意义在于2N 维状态向量的前N 维恰为原振动系统的模
1109020225 周传兴 传感器结构原理 图1-1 基于细芯光纤的全光纤M-Z干涉仪结构示意图 光在SSMF内传播时只存在基模一个模式，光的能量基本被约束在芯层内。由于光纤的芯层直径是决定光传输模式状态的一个重要参数，不同芯径的光纤对光的约束能力不同，因此当光传播到SSMF和TCF交界面的时候，光传输的截止条件发生改变，一部分光被激发为高阶模式的光，和芯层模式光一起，在TCF内传播。到达另一个SSMF和TCF交界面的时候，一部分被激发光重新耦合回芯层，并与芯层的基模光发生干涉，由于不同模式光的有效折射率不同，因此干涉的两束光具有不同的光程差，因此干涉强度随着波长有强弱变化的关系。通过探测干涉条纹某个干涉峰的波长信息，就能找到其变化与环境参量变化之间的关系。奇数阶模式既存在芯层的分量又存在包层的分量。在SSMF中，能量几乎都集中在包层内，而在TCF中，包层的分量被压缩到很小的程度，能量几乎都集中到芯层。这决定了在第二段SSMF芯层内发生干涉时，高阶模分量的能量被大大提升，发生干涉的两束光的能量差被拉近，因此，得到的干涉条纹将有比较好的对比度，很可能得到很深的干涉极小点。TCF中高阶模式这种能量分布情况，会减少基模和高阶模式的有效射射率差，因此得到干涉条纹的自由光谱范围就会比较大，因此得到清晰，单一的干涉图样，能够作为一种简单的带阻滤波器。另外，在该传感器的应用中，也会有较大的工作范围。 在图1-1所示的第二段SSMF处获得的干涉条纹，其干涉峰的位置可以由式1-1得出： （1-1） 式中，是光纤芯层的有效折射率，和光的波长有关；是第j阶包层模式的有效折射率，它不仅和入射光波长有关，而且其受到外界折射率影响；L是插入的TCF的长度； 干涉峰的中心波长。式子表示了当芯层光和包层光传播了距离L以后，引入的光程差为干涉峰中心波长一半的奇数倍。 对式1-1做微分计算，就可以得到中心波长对于外界环境折射率和温度变化的响应：
光纤传感器的制作工艺及工程应用研究 陈涛 深圳太辰光通信股份有限公司广东深圳518040 摘要：光纤传感器是以光纤为基础制作的新型传感器设备，具有抗电磁干扰能力强、电绝缘性好、耐腐蚀、测量范围广、体积小以及传输容量大等优点，常用于检测位移、温度、偏振、压力等，现代光纤传感器能在高压环境下代替人工完成作业，因此被广泛用于医疗、交通、电力、机械、航空航天等各个领域。如今光纤传感技术的应用推动通信技术的飞速发展，在众多产业有重要的地位。基于此，本文将着重分析探讨光纤传感器的制作工艺及其应用要点。 关键词：光纤传感器；制作；应用 1、光纤传感器基本原理概述 光纤传感器主要分为传感型和传光型等两类，其中传感型的传感器主要是利用被测对象的物理和化学的状态变化来引起光纤传输特性的变化，并通过传光特性来检测光纤中所传输光波的强度、相位等的变化，最终确定被测对象的状态。而传光型的传感器主要是利用被测对象的状态变化，引起光变换器件工作状态的变化，通过利用传光特性来检测光变换器中光纤所传输光波参数的变化，最终确定被测对象的状态。 1）典型的光纤传感器光源有发光二极管和半导体激光器；白炽灯也可用于某些化学传感器。2）光纤包括石英光纤、玻璃光纤和塑料光纤，其中石英光纤和玻璃光纤主要用于红外波段，塑料光纤则主要用于可见光波段；在某些传感器中还需要用专门研制的特殊光纤。3）光纤器件是为了使信号被限制在纤芯范围内传输，或是为了改变光的某些参数使其更适合于测量的部件，典型的光纤器件有光纤耦合器、滤波器、衰减器等，在一些简单的光纤传感器中有时没有光纤器件。4）传感元件是根据被测信号来调制光纤传输光参数的部件，它有时候是光纤本身，如拉曼散射式光纤温度传感器。5）探测器是用来对光信号进行检测的器件，一般包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电雪崩二极管、光电倍增管等。6）信号处理单元接收光电探测器输出的电信号，将其还原为被测信号，
灵敏度表示与计算 灵敏度表示与计算 灵敏度是表征电声换能能力的一个指标，其定义是在单位声压作用下的输出电压或电功率。可见，随着单位和负载的不同，可能有多种不同的表示方法。常见的有开路灵敏度和有载灵敏度两种。所谓开路灵敏度系指在单位声压作用下输出的电动势。换句话说，当话筒(MIC 微音器传声器)的输出端处与开路状态时，若作用在振膜上的声压为P，测得的电压为V，则开路灵敏度。 E=V/P 常用的单位为豪伏/微巴。如果以分贝（dB）表示，开路灵敏度：E（dB）=20lgV/P-20lgV(0)/P(0)分贝 必须特别加以注意的是，当以分贝表示话筒(麦克风MIC 微音 器传声器)的开路灵敏度时，必须注明其基准值。 有载灵敏度又称灵敏度的功率表示法。它是指在单位声压作用下，在传声器输出端的额定负载上输出的电功率。通常规定额定负载为600欧姆。 在上述定义中，都涉及声压的测量问题。如果采用的是声场中某点的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作用在话筒(麦克风MIC 微音器传声器)振膜上的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作
用在传声器振膜上的声压值，得出的则是声压灵敏度。在实际使用中，除非另有说明，通常说明书上给出的是声场灵敏度。 简易远距离无线调频传声器电路 寻求一种发射距离远、拾音灵敏度高、长时间工作不跑频、调试简单易制作，且成本低廉的无线是很多爱好者迫切希望的。本文介绍的单管远距离无线调频传声器即具备以上特点。 由于发射用的环形L1兼作振荡，该天线内流动的是与振荡频率同步谐振的高频电流，所以始终处于最佳发射状态。经实践，在空矿地发射距离大约100～150m（用的是TOLY1781袖珍，该机天线加长至时所能达到的接收距离）。相比之下，在工作电压、工作电流和发射频率同等的情况，L1换成普通螺旋线圈，振荡集电极接上一只5pF电容至长的拉杆天线作发射实验，前后两种发射方式的发射距离几乎相当，证明该内藏式环形天线兼作振荡线圈时的发射效率是相当高的。 内藏式环形天线采用长度160mm，1mm的漆包线制成金属圆环或方框形，嵌入机壳内。调节电容C3，使发射频率落入88～ 108MHz之间，以便用调频收音机接收。当电压在～2V之间变化时，长时间工作，本发射频率稳定不变。电池电压时，整机工作电流约。调试时，手不要靠近环形天线，安放时不要靠近金属物，以免影响振荡频率和发射距离。
通信词典—光谱宽度 定义1：光谱或光谱特性的波长范围的量度。 基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义： 定义2：均方根谱宽（RMS）。均方根谱宽定义为：在标准工作条件下，光谱包络分布用高斯函数P（λ）来近似。 定义3：-3dB 谱宽（FWHM）。-3dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波长间隔，称之为FWHM 谱宽（或称-3dB 谱宽）。 定义4：-20dB 谱宽。-20dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降20dB 处光谱线两点间的波长间隔，称之为-20dB 谱宽。 其中RMS和FWHM一般用于描述多纵模光源，-20dB谱宽一般用于描述单纵模光源。 【中文名称】：光谱宽度 【英文名称】：SPECTRAL WIDTH 【定义1】：光谱或光谱特性的波长范围的量度。 【来源】： GB/T 14733.12-2008（术语标准）； 【定义2】：基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义：均方根谱宽（RMS）、-3dB 谱宽（FWHM）和-20dB 谱宽。其中RMS和FWHM一般用于描述多纵模光源，-20dB谱宽一般用于描述单纵模光源。 均方根谱宽定义为：在标准工作条件下，光谱包络分布用高斯函数P（λ）来近似，若σrms 为均方根谱宽值，则： 光谱宽度 spectral width 式中： λ——光源波长； λ0——光源中心波长。 -3dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波长间 隔，称之为FWHM 谱宽（或称-3dB 谱宽）。 -20dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降20dB 处光谱线两点间的波长间隔，称之为-20dB 谱宽。 【来源】： YD/T 1528-2006； 【定义3】：基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义：均方根谱宽（RMS）、-3dB 谱宽（FWHM）和-20dB谱宽。其中RMS 和FWHM 一般用于描述多纵模光源，-20dB 谱宽一般用于描述单纵模光源。 均方根谱宽定义为：在推荐工作条件下，光谱包络分布用高斯函数P（λ）来近似，若σrms 为均方根谱宽值，则： 式中： λ——光源波长； λ0——光源中心波长。 -3dB 谱宽定义为：在推荐工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波
各种光的波长 各种光的波长可见光的光谱
一个虹所表现的每个颜色只包含一个波长的光。我们称这样的颜色 为单色的。虹的光谱实际上是连续的，但一般人们将它分为七种颜色：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但每个人的分法总是稍稍不同的。单色光的强度也会影响人对一个波长的光的颜色的感受，比如 暗的橙黄被感受为褐色，而暗的黄绿被感受为橄榄绿，等等。p1Ean qFDPw 显示器无法产生单色的橙色）。出于眼睛的生理原理，我们无法区 分这两种光的颜色。 也有许多颜色是不可能是单色的，因为没有这样的单色的颜色。黑色、灰色和白色比如就是这样的颜色，粉红色或绛紫色也是这样的 颜色。DXDiTa9E3d 波动方程是用来描写光的方程，因此通过解波动方程我们应该可以 得到颜色的信息。在真空中光的波动方程如下： utt = c2(uxx + uyy + uzz> c在这里是光速，x、y和z是空间的坐标，t是时间的坐标，u(x,y, z>是描写光的函数，下标表示取偏导数。在空间固定的一点 但实际上要描写一组光谱到底会产生什么颜色，我们还的理解视网膜的生理功能才行。 亚里士多德就已经讨论过光和颜色之间的关系，但真正阐明两者关系的是艾萨克·牛顿。约翰·沃尔夫冈·歌德也曾经研究过颜色的成因。托马斯·杨1801年第一次提出三元色的理论，后来赫尔曼·冯·亥姆霍兹将它完善了。1960年代人们发现了人眼内部感受颜色的色素，从而确定了这个理论的正确性。5PCzVD7HxA 人眼中的锥状细胞和棒状细胞都能感受颜色，一般人眼中有三种不同的锥状细胞：第一种主要感受红色，它的最敏感点在565纳M左右；第二种主要感受绿色，它的最敏感点在535纳M左右；第三种主要感受蓝色，其最敏感点在445纳M左右。杆状细胞只有一种，它的最敏感的颜色波长在蓝色和绿色之间。jLBHrnAILg 每种锥状细胞的敏感曲线大致是钟形的。因此进入眼睛的光一般相应这三种锥状细胞和杆状细胞被分为4个不同强度的信号。xHAQX74 J0X 因为每种细胞也对其他的波长有反映，因此并非所有的光谱都能被区分。比如绿光不仅可以被绿锥状细胞接受，其他锥状细胞也可以产生一定强度的信号，所有这些信号的组合就是人眼能够区分的颜色的总和。LDAYtRyKfE 接收灵敏度的定义公式 摘要：本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。本文提供了接收机灵敏度方程的逐步推导过程，还包括具体数字的实例，以便验证其数学定义。 在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No (每比特能量与噪声功率谱密度的比值)与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。CDMA、WCDMA蜂窝系统接收机及其它扩频系统的射频工程师可以利用推导出的接收机灵敏度方程进行设计，对于任意给定的输入信号电平，设计人员通过权衡扩频链路的预算即可确定接收机参数。 从噪声系数F推导Eb/No关系 根据定义，F是设备(单级设备，多级设备，或者是整个接收机)输入端的信噪比与这个设备输出端的信噪比的比值(图1)。因为噪声在不同的时间点以不可预见的方式变化，所以用均方信号与均方噪声之比表示信噪比(SNR)。 图1. 下面是在图1中用到的参数的定义，在灵敏度方程中也会用到它们： Sin = 可获得的输入信号功率(W) Nin = 可获得的输入热噪声功率(W) = KTBRF其中： K = 波尔兹曼常数= × 10-23 W/Hz/K， T = 290K，室温 BRF = 射频载波带宽(Hz) = 扩频系统的码片速率 Sout = 可获得的输出信号功率(W) Nout = 可获得的输出噪声功率(W) G = 设备增益(数值) F = 设备噪声系数(数值) 的定义如下： F = (Sin / Nin) / (Sout / Nout) = (Sin / Nin) ×(Nout / Sout) 用输入噪声Nin表示Nout： Nout = (F × Nin × Sout) / Sin其中Sout = G × Sin 得到： Nout = F × Nin × G 光谱仪重要参数定义 ◆CCD 电荷耦合器件（Charger Coupled Device，缩写为CCD ），硅基光敏元件的响应范围在短波近红外区域。 ◆PDA 二极管阵列（Photodiode Array，缩写为PDA）.光电二极管阵列是由多个二极管单元（象素）组成的阵列，单元数可以是102，256或1024。当信号光照射到光电二极管上时，光信号就会转换成电信号。大部分光电二极管阵列都包括读出/积分放大器一体式的集成化信号处理电路。光电二极管的优点是在近红外灵敏度高，响应速度快；缺点是象元数较少、在紫外波段没有响应。 ◆薄型背照式 薄型背照式电荷耦合器件（BT—CCD，Back Thinned Charge Coupled Device)，采用了特殊的制造工艺和特殊的锁相技术。首先，与一般CCD相比，硅层厚度从数百微米减薄到20μm以下；其次，它采用背照射结构，因此紫外光不必再穿越钝化层。因此，不仅具有固体摄像器件的一般优点，而且具有噪声低，灵敏度高、动态范围大的优点。 BTCCD有很高的紫外光灵敏度，它在紫外波段的量子效率可以看到，在紫外波段，量子效率超过40％，可见光部分超过80％，甚至可以达到90％左右。可见，BTCCD不仅可工作于紫外光，也可工作于可见光，是一种很优秀的宽波段检测器件。 ◆狭缝 光源入口。狭缝面积影响通过的光强度。狭缝宽度影响光学分辨率。 ◆暗电流 未打开光谱仪激发光源时，感光器件接收到的光电信号。主要影响因素有温度，电子辐射等。 ◆分辨率 光学分辨率定义为光谱仪可以分开的最小波长差。要把两个光谱线分开至少要把它们成象到探测器的两个相临象元上。分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。光栅决定了波长在探测器上可分开的程度（色散），这对于分辨率来说是一个非常重要的变量。另一个重要参数是进入到光谱仪的光束宽度，它基本上取决于光谱仪上安装的固定入射狭缝或入射光纤芯径（当没有安装狭缝时）。狭缝的尺寸有：10，25或50μm×1000μm（高）或100，200或500μm×2000μm（高）。在指定波长处，狭缝成象到探测器阵列上时会覆盖几个象元。而如果要分开两条光谱线，就必须把它们色散到这个象尺寸加上一个象元。当入射光纤的芯径大于狭缝的宽度时，分辨率就要由狭缝的宽度（有效宽度）来决定。 光谱仪分辨率可近似如下度量：R∝M·F/W 其中M为光栅线数,F为谱仪焦距, W为狭缝宽度。 ◆色散 光谱仪的色散决定其分开波长的能力。光谱仪的倒线色散可计算得到：沿光谱仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF 本技术公开了一种基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统，包括激光器模块、高速气流模块、信号采集和数据处理模块以及上位机，激光器模块发射的两路激光位于高速气流流速方向的同一侧，一路顺着高速气流流速方向，一路逆着高速气流流速方向，均和高速气流流速不成90°夹角，位于高速气流后方的信号采集和数据处理模块接收并处理高速气流的吸收光谱二次谐波信号，得到高速气流信息。本技术操作简单、测量精度高，能消除背景信号、激光强度波动和光电放大系数等因素的影响，解决了目前高速气流中测量需要直接接触气体源导致气流受到干扰的难题，能够用于高温、高流速、振动等恶劣环境的检测，从而拓宽了WMS技术的应用范围。 权利要求书 1.一种基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统，包括有激光器模块、高速气流模块、信号采集和数据处理模块以及上位机，其特征在于：所述激光器模块包括激光器、激光器驱动电路、控制激光器驱动电路的信号调制和扫描电路、加法电路；还包括设置在激光器输出激光光路上的分束器、两路准直器；所述信号采集和数据处理模块包括位于准直器焦点上的探测器、依次连接探测器的放大电路、信号采集电路和数据处理模块，还包括信号采集控制模块；所述信号调制和扫描电路、激光器驱动电路以及信号采集电路连接信号采集控制模块；所述数据处理模块位于上位机软件内；所述信号调制和扫描电路的输出信号经加法电路处理后作用到激光器驱动电路上，激光器驱动电路控制激光器输出激光，激光器输出激光经分束器和两路准直器器后，位于高速气流流速方向的同一侧，一路顺着高速气流流速方向，一路逆着高速气流流速方向穿过气流，均和高速气流流速不成90°夹角，之后被信号采集和数据处理模块接收，信号采集和数据处理模块接收并处理通过高速气流得到的高速气流吸收光谱二次谐波信号，得到高速气流信息。 2.根据权利要求1所述的基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统，其特征在于：还包括连接信号采集电路的标准具，对激光器扫描波长进行标定。 3.根据权利要求1所述的基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统，其特征在于：所述信号调制和扫描电路包括函数信号发生器，用于向加法电路输出选定频率、幅值、相位的正弦波调制信号和锯齿波扫描信号；所述激光器驱动电路包括温度控制电路和电流驱动电路，采用ITC102激光器驱动器，该激光驱动器利用加法电路输出信号控制激光器的输出激光波长与频率，所述激光器为Nanoplus公司的DFB激光器，其输出激光为探测氧气用的波长761nm激光，或探测水汽用的波长1392nm激光。 4.根据权利要求1所述的基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统，其特征在于：所述高速气流模块为超音速风洞，所述超音速风洞的试验段设置有一个观测窗口，所述观测窗口的两侧分别放置有准直器和探测器。 5.根据权利要求1所述的基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统，其特征在于：所述的分束器为两等分功率光分束器。 6.根据权利要求1所述的基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统，其特征在于：所述的信号采集电路采用德国Spectrum公司M2i.4021采集卡， 该采集卡为12位位宽，最高采用速率20Msps。 讨论这个议题的主要起因是:灵敏度(sensitivity)是如何确定的.[https://www.doczj.com/doc/d818417955.html,] 问题:我们经常看到某些GPS芯片 商宣称自己的芯片灵敏度是如何的高,但是根据对整个系统的分析可以看出系统的灵敏度主要取决于第一级LNA的设计,GPS产品的灵敏度取决于GPS芯片和放大器的设计,那么就带来下面的问题:[https://www.doczj.com/doc/d818417955.html,] 1)系统的灵敏度是如何计算的芯片的灵敏度对系统设计有什么影响 [https://www.doczj.com/doc/d818417955.html,] 2)接收GPS信号的功率和信噪比是一个什么样的水平 [https://www.doczj.com/doc/d818417955.html,] 3)如何按照信噪比,信号功率设计系统灵敏度 [https://www.doczj.com/doc/d818417955.html,] [https://www.doczj.com/doc/d818417955.html,] 这真是一篇超精华的帖子!感谢楼主和参与的所有人![5 2 jinfoxhe: R1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. snow99: 好象在说GPS, 不是GSM, 虽然看起来很像 GPS RF BW: 2.046 MHz Modulation: BPSK Process Gain: 46 d Thermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2.046MHz Required Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正) Receiver NF: 3 dB (Typical) Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm 这只是一个大致结果, 考虑系统的其他算法以及Doppler校正, 最终灵敏度在-154 ~ -149之间 https://www.doczj.com/doc/d818417955.html,] Arm720: 楼上朋友对灵敏度的描述已经非常清楚了,降低系统的信噪比和噪声系数能提高系统的灵敏度.那么对于设计来说是不是可以这么理解: 1)根据灵敏度公式估算系统的接收灵敏度 2)根据估算的系统接收灵敏度计算对芯片接收灵敏度的要求 芯片接收的灵敏度反映了对前级放大器噪声系数和信噪比的设计要求. 不知我的理解是否正确,如果是这样,估算的原则又是什么那些参考书上有描述,我想详细的研究一下,多谢了! 那位测试过GPS信号的朋友能说一下GPS信号的接收功率和信噪比吗 Arm720: 看来我的发帖晚了一部,多谢jinfoxhe和snow99兄! 不过snow99兄的计算方法和上面公式好像对不上.你描述的是对GPS接收系统的需求,不只这些需求是如何计算出来的. 多谢了! 以下是引用jinfoxhe在2006-4-24 8:56:00的发言: 1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带 宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. 今天仔细看了看jinfoxhe兄的帖子,发现对关键问题进行了描述"Eb/N0为芯片在一定误码条件下的解调需要的信噪比",也就是说,你选的芯片就决定了接收系统灵敏度的理论值,这 总第173期2018年第1期 山西化工 SHANXI CHEMICAL INDUSTRY Total 173 No. 1，2018 111DOI：10. 16525/https://www.doczj.com/doc/d818417955.html, l4-1109/tq. 2018. 01. 19基于波长调制光谱技术的在线激光氧气传感器 刘云\王伟峰2%付作伟3 (1.山西省环境监控中心，山西太原030024; 2.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安710054; 3.中创精仪（天津）科技有限公司，天津 300384) 摘要：基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS)技术，以中心波长为760. 3 nm的垂直腔面发射激光器 (VCSEL)为核心，开发了一款能快速、灵敏、实时、在线地监测氧气浓度的传感器。根据锁相放大模块对 调制的吸收信号进行解调，得到二次谐波（2f)信号幅值与02浓度的线性函数关系，通过实验数据对该 传感器进行验证。实验分析结果表明，该传感器的线性和抗干扰性均满足要求，响应时间为9 s，最佳积 分时间为18 s，对应的检测限低至质量分数78 X1(T6。该非接触式高灵敏度的在线激光氧气传感器能 实时检测开放光程下的氧气浓度，可应用于对氧气浓度检测要求较高的工业现场，对能源利用率的提高 及生产生活安全的保障意义重大。 关键词：可调谐激光吸收光谱；氧气传感器；在线；开放光程 中图分类号:0652.2 文献标识码:A文章编号：1004-7050 (2018) 01 -0054-04 引言 氧气（〇2)是人类生存的必须条件，其含量与人 体的舒适度、燃料燃烧和安全生产等密切相关。在 低氧环境中，人们会感到头晕、呼吸困难等。作为燃 烧过程的必要气体，一定浓度的〇2能够使可燃物燃 烧更完全，提升能源利用率，从而节约能源并减少环 境污染。工业生产时，需对生产现场内的〇2浓度实 时监测，实现安全生产。例如，煤矿工业的地下作业 时，矿井中的〇2浓度超过安全范围，就有可能引发 爆炸[1]，严重威胁现场人员的生命安全[2]。因此，实 时在线监测氧气的浓度对于提高能源利用率、环境 保护及保障安全生产等方面意义重大。 一直以来，人们对于〇2的检测方法进行了广泛 研究。根据检测原理差异，主要分为顺磁性[3]、原电 池[4]、氧化锆[5]以及光纤[6]等几种传感器，这些检测 方法均涉及化学反应，消耗〇2的同时对设备产生较 大损耗，在线监测误差较大。此外，利用化学方法进 行氧气浓度的检测，灵敏度较低，无法满足实际要 收稿日期：2017-12-19 基金项目：国家自然科学基金青年项目（51504186);陕西省自然科学基础研究计划（2017JM5114)。 作者简介：刘云，男，1978年出生，2002年毕业于北京电力管理干部学院，工程师，现从事污染源在线监控工作。 通讯作者：王伟峰，男，副教授，硕士生导师。求。实际的工业燃烧及煤矿开采现场，气体浓度处 于不断变化中，稍有差池可能酿成大祸，故实时在线 监测氧气浓度有助于减少不必要的损失。因此，探 索一种能满足较高时间分辨率和较高灵敏度的方法 来完成实时在线监测〇2浓度的方法十分必要。 随着激光探测及光谱分析技术的不断发展[7_8]，考虑到在近红外波段氧气的独特吸收特征，基于可 调谐激光吸收光谱技术（TDLAS)的高灵敏度和实 时快速的特征，本文设计制造了一种以TD LA S技 术为理论基础的实时监测氧气浓度的传感器系统，能够满足开放光路上实时监测环境中的〇2浓度，并 能满足稳定快速及高灵敏度等检测要求。 1波长调制光谱技术原理 利用波长调制光谱（WMS)技术搭建系统监测 痕量气体的浓度时，可以减弱光强变化和其他环境 因素的影响，故常用于检测微弱信号。根据朗 伯-比尔定律，一束调制后强度为L U)的激光信号 穿透吸收系数为的待检测氧气样本时，入射光 强1。（0与透射光强K O的关系可用式(1)表述。 K O = i〇⑴e x p[ — a〇)C L](1)式中：C为待测样本的浓度值;L为通过待测样 本中的入射光的光程。 假定入射光的线宽与气体吸收线的线宽（本文 中所使用的分布反馈式（DFB)激光器的线宽为接收机灵敏度计算公式
光谱仪重要参数定义
基于波长调制-TDLAS的高速气流流速检测系统的制作技术
灵敏度
基于波长调制光谱技术的在线激光氧气传感器
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