發(fā)布時間：2017-12-10 14:18

  本文關鍵詞：TDLAS氣體檢測系統(tǒng)中FPGA控制與信號處理技術(shù)研究

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【摘要】：經(jīng)濟的高速發(fā)展和工業(yè)水平的快速提高,改善社會生活水平的同時也帶來了一系列環(huán)境問題,包括霧霾、溫室效應等,給人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來了威脅。氣體檢測技術(shù)對于氣體污染物監(jiān)測和產(chǎn)業(yè)格局變革具有重要意義,其中可調(diào)諧二極管激光器吸收光譜(TDLAS)技術(shù)與傳統(tǒng)氣體檢測技術(shù)相比,具有高靈敏度、高精度等優(yōu)點,在氣體檢測領域有著廣泛的應用前景。本文首先介紹了TDLAS氣體檢測系統(tǒng)的基本原理,包括基本的光譜學知識和常用的氣體檢測方案,以甲烷氣體為測試對象,選取了1653.72nm的位置作為氣體吸收線,描述了基于波長調(diào)制方式的TDLAS系統(tǒng)方案。其次,選擇了DFB激光器作為系統(tǒng)光源,并根據(jù)其工作原理設計了激光器的驅(qū)動部分,包括電流驅(qū)動和溫度控制。電流驅(qū)動部分利用單片機控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來改變MOS管導通度,進而使激光器驅(qū)動電流得到調(diào)節(jié)。利用負反饋和PID算法來保持電流的恒定,并設計了限流保護和延時啟動電路來保護激光器。溫度控制部分,以專業(yè)溫控芯片LTC1923為核心設計了外圍電路。再次,設計了數(shù)字鎖相放大器來提取TDLAS系統(tǒng)的二次諧波信號。介紹了作為鎖放理論基礎的相關函數(shù)概念以及相關檢測和相關解調(diào)技術(shù)。根據(jù)以上原理,基于System Generator對鎖放中的各模塊進行建模和仿真驗證,包括DDS、FIR濾波器、開方模塊等,搭建了單通道鎖放,并最終在單通道鎖放的基礎上擴展并搭建了雙通道的鎖放,可進一步消除相位對鎖放輸出的影響。基于Verilog語言在FPGA平臺(Xilinx公司的Spartan6系列XC6SLX45T型主芯片)上完成了各功能模塊的設計與仿真。基于以上工作,對TDLAS各功能模塊以及系統(tǒng)特性進行測試,研究了激光器輸出性能與電流源和溫控模塊的關系,利用設計的數(shù)字鎖相放大器完成對二次諧波信號的提取,選取不同濃度的甲烷氣體進行相關實驗,并基于Lab VIEW軟件對實驗結(jié)果進行擬合,完成氣體濃度的反演計算,并測試了TDLAS系統(tǒng)的實驗精度。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7;TN791;TN247
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本文編號：1274776