【摘要】：近年來(lái),氣體污染的現(xiàn)象日益嚴(yán)重,對(duì)特定環(huán)境下的有害氣體濃度的檢測(cè)也受到越來(lái)越多的關(guān)注。以TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)這一可調(diào)諧二極管激光吸收光譜檢測(cè)技術(shù)為代表用于檢測(cè)氣體濃度的方法已經(jīng)成為工業(yè)在線檢測(cè)氣體濃度的首選方法之一。本論文針對(duì)TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)中微弱信號(hào)的處理設(shè)計(jì)了一款可以實(shí)現(xiàn)倍頻移相的鎖相放大器,用來(lái)提取被測(cè)氣體的二次諧波信號(hào)。本文首先設(shè)計(jì)了檢測(cè)系統(tǒng)的整體框圖,主要包括光電探測(cè)器、光電轉(zhuǎn)換電路、鎖相放大電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路以及電源電路。其中,在TDLAS檢測(cè)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的鎖相放大部分的電路主要包括:前置放大、帶通濾波、TTL電平轉(zhuǎn)換、倍頻移相、相敏檢波、低通濾波、雙相限幅電路等。根據(jù)鎖相環(huán)頻率合成器的基本原理,該鎖相模塊設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是倍頻移相電路的設(shè)計(jì),主要是利用了74HC4046以及74HCT161這兩個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的倍頻移相控制,可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)置相移。在本文中搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境選擇的是以氨氣配置不同濃度的空氣來(lái)檢測(cè)空氣中O2的濃度,已知某一濃度的氣體來(lái)檢測(cè)二次諧波的正確性。首先對(duì)電路板進(jìn)行測(cè)試,并且通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的鎖相放大器各個(gè)部分的波形圖以及整體電路功能仿真波形圖,在沒(méi)有問(wèn)題的情況下,連接上位機(jī)軟件,通過(guò)注入已知濃度的氣體來(lái)驗(yàn)證鎖相放大器提取的二次諧波信號(hào)是否正確,通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TDLAS檢測(cè)技術(shù)使用二次諧波檢測(cè)氣體濃度的可行性和準(zhǔn)確性。
[Abstract]:In recent years, the phenomenon of gas pollution is becoming more and more serious, and the detection of harmful gas concentration in specific environment has attracted more and more attention. TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), a tunable diode laser absorption spectrum technique, has become one of the preferred methods for detecting gas concentration on line. In this paper, a phase-locked amplifier is designed for the processing of weak signals in TDLAS gas detection system, which can be used to extract the second harmonic signal of measured gas. In this paper, the whole block diagram of the detection system is designed, including photodetector, photoelectric conversion circuit, phase-locked amplifier circuit, low-pass filter circuit, A / D conversion circuit and power supply circuit. Most of the circuits designed in TDLAS detection system include preamplifier, bandpass filter, TTL level conversion, phase doubling, phase sensitive detection, low pass filter, biphase limiting circuit and so on. According to the basic principle of PLL frequency synthesizer, the emphasis of the design of PLL module is the design of frequency-doubling phase-shift circuit. The two chips, 74HC4046 and 74HCT161, are used to realize the phase-doubling control of PLL. Can set the phase shift according to the actual situation. In this paper, the experimental environment is designed to detect the concentration of O2 in the air with different concentration of ammonia, and the correctness of detecting the second harmonic is determined by a certain concentration of gas. First of all, the circuit board is tested, and the waveform diagram of each part of the phase-locked amplifier and the whole circuit function simulation waveform are verified by the simulation experiment. In the case of no problem, the PC software is connected. The second harmonic signal extracted by the phase-locked amplifier is proved to be correct by injecting gas with known concentration. The experimental results show the feasibility and accuracy of using the second harmonic detection technique to detect the gas concentration in TDLAS.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN247;TN911.7;TN722

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 康躍騰;胡曉婭;汪秉文;;基于鎖相放大原理的微弱信號(hào)檢測(cè)電路[J];電子設(shè)計(jì)工程;2013年06期

2 張軍;朱永;陳俊清;梁波;;痕量氣體可調(diào)諧激光二極管吸收光譜分析系統(tǒng)在線自校準(zhǔn)技術(shù)研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2010年04期

3 譚曉波;張杭;;強(qiáng)噪聲背景下的弱信號(hào)檢測(cè)仿真[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2009年21期

4 張帆,張立萍;紅外吸收光譜法在氣體檢測(cè)中的應(yīng)用[J];唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào);2005年05期

5 董鳳忠,闞瑞峰,劉文清,劉建國(guó),張玉鈞,高山虎,王鐵棟,王敏,陳東,魏慶農(nóng);可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)及其在大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J];量子電子學(xué)報(bào);2005年03期

6 姜先申,韓焱;光電探測(cè)器噪聲分析及降低噪聲的方法[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2005年04期

7 王欣,陳人,宛立君,顧海濤,王健;半導(dǎo)體激光工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線氣體分析儀的研制及其性能分析[J];現(xiàn)代儀器;2004年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 黃年龍;智能檢測(cè)儀中微弱信號(hào)處理方法的研究[D];南京理工大學(xué);2013年

2 劉艷麗;可調(diào)諧二極管激光吸收光譜檢測(cè)HF氣體的技術(shù)研究與裝置實(shí)現(xiàn)[D];天津大學(xué);2012年

3 陳強(qiáng)強(qiáng);基于TDLAS煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D];西安科技大學(xué);2010年

4 何玲玲;微弱光電信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的研究[D];安徽大學(xué);2010年

5 楊蕊;數(shù)字化光纖氣體檢測(cè)系統(tǒng)方案研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

6 劉新躍;基于TDLAS的CO在線檢測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D];西南交通大學(xué);2009年

7 王淳;光譜吸收式光纖甲烷氣體傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

8 馮麗娜;靜電檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：2422985