汽車(chē)尾氣帶來(lái)的環(huán)境污染隨著社會(huì)發(fā)展已經(jīng)日益嚴(yán)重。其中，汽車(chē)排放的二氧化碳(CO2)是溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)祝€有CO等有毒氣體，對(duì)人類(lèi)的健康危害巨大。因此，汽車(chē)尾氣濃度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

設(shè)計(jì)一套汽車(chē)尾氣濃度檢測(cè)系統(tǒng)，需要確保測(cè)量過(guò)程中的高靈敏性、實(shí)時(shí)性以及高集成性。我們使用1579.7nm DFB激光器、超快光電探測(cè)器、鎖相放大器，10 cm光程氣室搭建了1579.7nm的CO&CO2雙峰高速TDLAS系統(tǒng)，利用二次諧波法抑制了氣流等低頻噪聲對(duì)氣體微量吸收的影響，保證測(cè)量的高靈敏，利用鎖相放大器進(jìn)行高速掃描，1秒20次的濃度采樣速率可以應(yīng)對(duì)路面上瞬息萬(wàn)變的車(chē)輛情況，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，利用1579.7nm的C0&C02雙峰，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)光源同時(shí)測(cè)量?jī)煞N氣體濃度，體現(xiàn)了該系統(tǒng)的高集成性。

高速TDLAS汽車(chē)尾氣濃度檢測(cè)系統(tǒng)的搭建如下圖所示，1579.7、nm激光由鎖相放大器調(diào)制后，通過(guò)準(zhǔn)直鏡變?yōu)榭臻g光，穿過(guò)10cm氣室（通入了一定濃度的CO&CO2氣體），并用超快光電探測(cè)器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送入鎖相放大器進(jìn)行解調(diào)。

鎖相放大器內(nèi)部的配置如下，需要使用三個(gè)通道：第一個(gè)通道輸出低頻正弦波，用于激光掃頻（圖中為0.5HZ），第二個(gè)通道輸出20kHz正弦波，用于激光調(diào)制，將這兩個(gè)信號(hào)疊加后一起輸出到激光驅(qū)動(dòng)調(diào)制端口，第三個(gè)通道輸入光電探測(cè)器探測(cè)到的電信號(hào)，和40kHz信號(hào)（二次諧波）混頻解調(diào)，得到TDLAS信號(hào)。

得到的解調(diào)信號(hào)如下所示，可以看到CO和CO2兩種氣體的吸收峰會(huì)在該波段同時(shí)出現(xiàn)，然后通過(guò)定標(biāo)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)尾氣濃度的快速探測(cè)了。

由于受限于光程的長(zhǎng)度（0.1m），吸收峰不是很明顯，氣體濃度為16%（CO2）、10%（CO），掃描速度為2秒掃描一個(gè)來(lái)回。因此，我們更換了0.2m光程的氣室，吸收峰變大，掃描速度可以加快到1秒10個(gè)周期(20次掃描)。