可調諧二極管激光吸收光譜技術(TDLAS)的信號處理過程受限于軟件平臺的局限性,在某些情況下其處理速度與精度無法滿足使用要求。因此該論文從光譜學基礎知識出發(fā),深入研究朗伯比爾定律,結合波長調制技術和諧波檢測技術,提出了基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的TDLAS信號處理方案。為了實現(xiàn)對TDLAS中的信號處理,主要從兩個方面出發(fā):一方面為信號調制,即基于FPGA構建調制波生成電路,調制波經過一系列處理后送入壓控恒流源,從而對激光器進行電流驅動;另一方面為信號解調,即基于FPGA構建信號解調電路,解調電路從疊加了大量噪聲的信號里快速的找出包含氣體濃度信息的信號,并從中得到氣體濃度。完成系統(tǒng)整體搭建后,對驅動部分和解調部分進行測試。在電流驅動方面,驅動電流最大可以到達224.67mA,且在15-210mA的正常工作范圍內,線性度良好,精度平均誤差為0.32mA,穩(wěn)定性γ為0.017%,滿足驅動要求,在信號解調方面,諧波幅值的平均相對誤差為3.14%,可以更快速準確地實現(xiàn)諧波的檢測。

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究及應用現(xiàn)狀
    1.3 課題研究的主要內容
第2章 TDLAS理論基礎
    2.1 氣體分子光譜吸收原理
    2.2 氣體分子光譜的線型與線寬
    2.3 朗伯—比爾定律
    2.4 波長調制技術
    2.5 諧波檢測技術
    2.6 信號處理系統(tǒng)的整體方案
    2.7 本章小結
第3章 基于FPGA的 TDLAS電流驅動研究
    3.1 TDLAS電流驅動的要求
    3.2 電流驅動的整體方案
    3.3 激光器電流驅動的研究
        3.3.1 數(shù)字頻率合成技術的研究
        3.3.2 基于FPGA的驅動波發(fā)生器的實現(xiàn)
        3.3.3 D/A轉換的實現(xiàn)
        3.3.4 基準電壓電路的實現(xiàn)
        3.3.5 濾波電路的實現(xiàn)
        3.3.6 壓控恒流源的實現(xiàn)
    3.4 激光器溫度控制的研究
        3.4.1 激光器內置熱敏電阻與TEC的原理
        3.4.2 溫控單元選擇與溫控電路實現(xiàn)
    3.5 本章小結
第4章 基于FPGA的 TDLAS信號解調研究
    4.1 TDLAS信號解調方案
    4.2 信號采集與前置處理
        4.2.1 信號的前置放大處理
        4.2.2 信號的模數(shù)轉換處理
    4.3 相關檢測的理論基礎
        4.3.1 自相關檢測技術研究
        4.3.2 互相關檢測技術研究
        4.3.3 信號的相關解調
    4.4 FPGA相關解調的實現(xiàn)方案
    4.5 參考信號的生成
    4.6 相關數(shù)學運算的實現(xiàn)
        4.6.1 乘法運算FPGA的實現(xiàn)
        4.6.2 開方運算FPGA的實現(xiàn)
    4.7 低通濾波器的實現(xiàn)
        4.7.1 FIR濾波器的設計
        4.7.2 FIR濾波器FPGA的實現(xiàn)
    4.8 鎖相放大器的整體實現(xiàn)
    4.9 本章小結
第5章 系統(tǒng)測試與結果分析
    5.1 電流驅動測試
        5.1.1 合成波生成測試
        5.1.2 電流源性能測試
    5.2 信號解調測試
    5.3 本章小結
結論
參考文獻
致謝



本文編號：3829042