1 仪器的性能特点
该仪器能同时测量大气中二氧化碳(CO2)和水汽(H20)的浓度。测量范围为：二氧化碳300-500ppm，水汽6.5～8.5g/kg;噪声：二氧化碳约为0.8ppm，水汽0.02g/kg(峰一峰值)。
2 测量原理
本仪器是以二氧化碳和水汽对红外线吸收的原理为基础的一种光机电测量系统。其原理框图如图1所示，其中1～8为光机部分，其余框图为电路部分。当作为红外光源的镍铬合金电阻丝被加热到1000K时就会发出红外光，此红外光经过第1个氟化钙(CaF2)透镜校准后变成平行光束，光束通过20 cm 大气路径，再经过第2个氟化钙透镜聚焦到4 mm 的硒化铅检测器表面。该检测器的传感器装在电制冷器上，使其工作温度保持在-10%。步进电机带动一个斩波轮，轮上装有3个滤光片和1个虚设的滤光片，它们按相隔90。均匀分布，如图2所示。
3个滤光片的中心波长分别为4.3 μm、2.6μm、3.9μm，它们分别与二氧化碳的吸收波长、水汽的吸收波长及对任何气体都不吸收(参考)相对应，而虚设的滤光片实际为挡光片，使红外光无法通过，即全黑。
当红外光经过滤光片照射到硒化铅检测器上时，就会使气体的浓度变成微弱的电信号，经前置放大器、缓冲器送到差分放大器，与全黑信号进行比较，剩下二氧化碳和水汽及参考信号。由于在斩波轮对应于虚设滤光片的边沿上设置了1个反光镜，反射式光电传感器遇到此反光镜时将产生一代表全黑的电信号，此信号经施密特触发器整形后送到时序脉冲发生器，并按要求产生4个时序采样脉冲，分别对全黑、参考、水汽、二氧化碳进行采样。最后将采样一保持电路输出的二氧化碳、水汽及参考的电压信号进行MD转换，通过算术处理、存储器及微处理器等一系列记忆、运算后，再经D/A转换器，最终得到二氧化碳及水汽浓度的数值，从而达到测量的目的。其中参考电压用来控制红外光源的加热装置，使其保持恒温。
3 各部分电路的作用
由图1的测量原理可知，该气体分析仪的结构除光机部分外，主要电路由前置放大器与缓冲器、差分放大器与采样一保持电路、步进电机与驱动电路、时序脉冲发生器等4部分组成，其中各放大器均由集成运放组成。
(1)前置放大器与缓冲器置于检测头内的前置放大器将硒化铅传感器的电压信号转换成电流信号进行传送，再经缓冲放大器将电流信号转换成为电压信号V 送到差分放大器的输入端。
(2)差分放大器与采样一保持电路时序脉冲发生器产生的4个对应全黑、参考、水汽及二氧化碳的采样脉冲Y1～Y4 分别加到4个采样一保持电路LF 198的控制端VL 上。采样一保持电路I输出为全黑信号Vd ;差分放大电路将缓冲放大器输出的包含4种电压信号的Vo1。与全黑信号Vd 相减后得到有用的纯输出信号VO2 ，再经采样一保持电路II—IV将参考、水汽、二氧化碳信号分离出来以备处理。
(3)步进电机及驱动电路步进电机采用42BY007型号，步进角为7.5°，四相。其驱动电路由CMOS锁相环CC4046构成的压控振荡器、D触发器和门电路构成的脉冲分配器以及VMOS功率放大电路3部分组成。
(4)时序脉冲发生器步进电机每转一周产生4个采样脉冲，对全黑、参考、水汽和二氧化碳采样。它由光电传感器、施密特触发器、D触发器和7位二进制计数器CD4024组成，电路原理图如图3所示。
当反射式光电传感器正照着斩波轮边上的反光镜时(此时正好是红外光被虚设滤光片所阻挡，PbSe检测器上无红外光照射)将产生一脉冲，经施密特触发器CD40106整形后，由D触发器的输出端得到一个全黑的采样脉冲Y.。当施密特触发器的脉冲过后，Q=O，压控振荡器的脉冲加入，经7位二进制计数器CD4024和3个与门(CD4081)分别在斩波轮旋转90°、180°和270°时得到3个采样脉冲Y2、Y3和Y4 ;并在斩波轮旋转300°时(R=Q6Q4)使D触发器和计数器清零。当反射式光电传感器再次对准斩波轮边缘上的反光镜时，又产生顺序采样脉冲，经保持器分别得到对应于二氧化碳、水汽浓度的电压值。其时序图如图4所示。
4 结束语
本仪器具有灵敏度高、响应快等特点，与涡流相关技术相结合能测量大气中二氧化碳和水汽的通量，可广泛用于环保、农业及大气物理等领域。
参考文献
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3 Paul Horowitz an d W infield Hil1. The Art of ElectroNIcs，1980.
4 王义玉.红外探测器.兵器工业出版社，1993.
