根据Lambert-Beer定律，通过对气体吸收后的光进行光谱分析，可以准确得出被测各项气体物理参数，如气体的种类、浓度、温度以及压力等信息，其中气体的种类和浓度是最主要的测量参数。
Lambert-Beer 定律
图1 吸收测量示意图
Fig.1Schematic ofabsorption measurements
当一束光穿过气体时，部分光会被气体吸收，吸收测量如图1.1所示。根据Lambert-Beer定律，一束频率为v的单色光通过含有吸光气体的吸收池后，透射光的强度可以表示为：
(1-1)
其中I0是没有气体吸收时强度。N是每立方厘米体积内吸收分子的分子个数，单位为molecules/cm3。s(v)是吸收物质的吸收横截面积，单位为cm2/molecule。L是通过吸收池内介质的有效吸收光路径，单位为cm。a(v)是吸收池内介质的吸收系数，单位为cm-1。Ptot为吸收池的总压强，单位为Torr。x为吸收物质的摩尔体积分数，一般也等价于体积浓度。j(v)为吸收谱线的线型函数，表示吸收谱线的形状，与温度、压强和吸收介质的种类有关。
二、常见测量技术
直接吸收光谱技术是通过调谐激光频率到选择吸收谱线透过率和谱线形状进行分析，并获取一些重要信息，如吸收谱线强度和增宽系数。从这些光谱测量得到信息可以推断出气体温度、浓度、气流速度以及压力等参数值。图2是典型直接吸收测量示意图，信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号给激光驱动器驱动DFB激光器，激光器输出激光通过待测气体，光电探测器接收到透射光，并通过对光强信号进行分析，从而测量得到气体浓度值。
图2典型直接吸收测量示意图
实现直接吸收光谱检测透射光容易受到背景噪声的干扰、激光器光强波动等因素的影响，为了减小噪声的干扰，通常会使用高灵敏光谱技术，如采用波长调制技术对目标信号进行高频调制，实现抑制高频背景噪声，从而极大提高探测灵敏度和精度。
如图3所示为波长调制测量示意图，信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号叠加快速正弦频率f的调制信号给激光驱动器驱动DFB激光器，激光器输出调制光经过待测气体，光电探测器接收到吸收后光强，此时将光信号转换成电信号输入到锁相放大器对信号进行解调输出波长调制的谐波信号，根据谐波信号的值计算得到此时气体浓度值。
图3 波长调制测量示意图
气体直接吸收信号与经过锁相放大器后的各个次数的谐波信号，奇次谐波信号的吸收中心位置WMS-1f的零点处，偶次谐波信号的吸收中心位置在峰值处。由于偶次谐波信号的吸收谱线中心位置在在峰值处和随着次数增加，偶次谐波信号呈现递减，所以二次谐波信号长城作为测量信号。
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