为了在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测系统中, 精确提取窄脉冲传感信号的幅度, 设计并实现了一种微秒级窄脉冲锁相放大器.根据微秒级窄脉冲的特点, 窄脉冲信号经过窄带通滤波电路, 得到基频正弦波信号, 再经过主放大、移相、相敏检波电路, 得到与脉冲幅值有关的直流信号.利用信号发生器产生的幅度、频率、相位可调的窄脉冲待测信号, 对锁相放大器进行功能验证实验.结果表明, 锁相放大器输出直流信号与输入信号的幅度呈良好的线性关系, 线性拟合度约为98.043%；信号幅值的相对测量误差不超过3%；在1 h的测试时间内, 信号波动范围在1‰以内.利用配备的不同浓度的一氧化碳样品及研制的锁相放大器, 开展了一氧化碳气体检测实验.在0~180 ppm范围内, 随着一氧化碳浓度的增加, 锁相放大器的输出电压值与一氧化碳浓度呈现良好的e指数关系.根据Allan方差预测的系统检测下限为0.4123ppm.与商用锁相放大器相比, 该放大器具有体积小、成本低、易于集成等特点, 在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测中具有较好的应用前景.

文中介绍了为建立目标和背景的激光反射特性数学模型而研制的用于脉宽几十纳秒的数据采集系统的设计和工作方式。针对测量窄脉冲信号幅值及实现不间断连续采集过程的使用目的，将窄脉冲回波信号的峰值展宽成100μs的方波，以系统设置的发射基准信号或回波信号自身作为采集的同步控制信号，并将基准信号展宽为5～50μs的方波，以其上升沿触发采集，实现发射与采集同步，提高了采集存储的有效性；而且，在作用距离范围内，不管目标或背景位于多远处，都能保证于脉宽峰值处采集，保证了采集精度。系统的各项技术指标均达到使用要求并经过了测试试验验证。