锁相放大器在光声光谱系统的大气二氧化氮探测实验中的应用
研究方向：石英增强光声光谱(QEPAS)、T字头石英音叉、有限元仿真、二氧化氮((NO_2))、痕量气体传感、大气污染物检测、微型光声气室、蓝光半导体激光
实验目的：针对现有大气(NO_2)监测设备体积大、抗气流噪声差、检测灵敏度不足的问题，设计并优化一款共轴式T字头石英音叉QEPAS微型传感系统；通过有限元仿真完成音叉与共振管结构参数优化，搭建405nm蓝光激光检测平台，标定系统线性、噪声、探测极限与长期稳定性，最终开展户外大气(NO_2)连续实测，验证该小型传感器在环境大气实时监测场景下的检测精度、稳定性与可靠性。
测试设备：函数发生器、锁相放大器、蓝光激光器、MFC质量流量控制器、过滤器、计算机等。
图1实验系统示意图
实验过程：采用COMSOL仿真优化T字头音叉与共振管结构；搭建405nm蓝光共轴QEPAS系统，调制激光激发NO₂生成光声信号，经音叉转电信号后由锁相放大器解调；测试气流噪声选定60sccm最优流速，用标准气体完成线性标定，通过Allan方差评估检测极限；户外连续两周监测大气NO₂，并与环境监测站数据对比。
实验结果：音叉仿真频率12418Hz，实测共振频率12464.5Hz、品质因数12850，仿真误差仅0.37%；NO₂浓度与光声信号线性度R²=0.999，1s积分检测限3.09ppb，434s积分最低探测限0.32ppb；两周户外监测数据与环境监测站小时浓度相关系数0.93，趋势高度一致，系统稳定可靠。
锁相放大器在此应用中的产品优势：
锁相放大器用于接收双通道函数发生器输出的音叉共振频率参考信号，对石英音叉转化并经前置放大后的微弱光声电压信号进行同频锁相放大与窄带滤波解调，滤除光路、气流、电路带来的无关低频与高频噪声，提取与激光调制频率同步的有效光声信号，大幅提升系统信噪比，输出稳定可采集的电压数据供计算机完成浓度换算与后续性能分析。
【推荐产品】：ATA-5810锁相放大器
图：ATA-5810锁相放大器指标参数
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