發(fā)布時(shí)間：2017-12-10 14:18

  本文關(guān)鍵詞：TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)中FPGA控制與信號(hào)處理技術(shù)研究

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【摘要】：經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)水平的快速提高,改善社會(huì)生活水平的同時(shí)也帶來(lái)了一系列環(huán)境問(wèn)題,包括霧霾、溫室效應(yīng)等,給人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了威脅。氣體檢測(cè)技術(shù)對(duì)于氣體污染物監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)相比,具有高靈敏度、高精度等優(yōu)點(diǎn),在氣體檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文首先介紹了TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理,包括基本的光譜學(xué)知識(shí)和常用的氣體檢測(cè)方案,以甲烷氣體為測(cè)試對(duì)象,選取了1653.72nm的位置作為氣體吸收線,描述了基于波長(zhǎng)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(shè)計(jì)了激光器的驅(qū)動(dòng)部分,包括電流驅(qū)動(dòng)和溫度控制。電流驅(qū)動(dòng)部分利用單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來(lái)改變MOS管導(dǎo)通度,進(jìn)而使激光器驅(qū)動(dòng)電流得到調(diào)節(jié)。利用負(fù)反饋和PID算法來(lái)保持電流的恒定,并設(shè)計(jì)了限流保護(hù)和延時(shí)啟動(dòng)電路來(lái)保護(hù)激光器。溫度控制部分,以專業(yè)溫控芯片LTC1923為核心設(shè)計(jì)了外圍電路。再次,設(shè)計(jì)了數(shù)字鎖相放大器來(lái)提取TDLAS系統(tǒng)的二次諧波信號(hào)。介紹了作為鎖放理論基礎(chǔ)的相關(guān)函數(shù)概念以及相關(guān)檢測(cè)和相關(guān)解調(diào)技術(shù)。根據(jù)以上原理,基于System Generator對(duì)鎖放中的各模塊進(jìn)行建模和仿真驗(yàn)證,包括DDS、FIR濾波器、開(kāi)方模塊等,搭建了單通道鎖放,并最終在單通道鎖放的基礎(chǔ)上擴(kuò)展并搭建了雙通道的鎖放,可進(jìn)一步消除相位對(duì)鎖放輸出的影響�；赩erilog語(yǔ)言在FPGA平臺(tái)(Xilinx公司的Spartan6系列XC6SLX45T型主芯片)上完成了各功能模塊的設(shè)計(jì)與仿真�；谝陨瞎ぷ�,對(duì)TDLAS各功能模塊以及系統(tǒng)特性進(jìn)行測(cè)試,研究了激光器輸出性能與電流源和溫控模塊的關(guān)系,利用設(shè)計(jì)的數(shù)字鎖相放大器完成對(duì)二次諧波信號(hào)的提取,選取不同濃度的甲烷氣體進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),并基于Lab VIEW軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合,完成氣體濃度的反演計(jì)算,并測(cè)試了TDLAS系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)精度。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN911.7;TN791;TN247
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本文編號(hào)：1274776