TDLAS技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域,具有檢測(cè)速度快、精度高、可在線檢測(cè)等特點(diǎn)。TDLAS技術(shù)需要數(shù)字鎖相放大器進(jìn)行信號(hào)處理,傳統(tǒng)上的鎖相放大器體積大不易集成化,雖然目前對(duì)于數(shù)字鎖相放大器的小型化的研究取得一定進(jìn)展,但是通用型的激光器控制器體積大,因此無(wú)法集成化設(shè)計(jì)。本文從小型化以及可集成化的角度對(duì)TDLAS專(zhuān)用數(shù)字鎖相放大器進(jìn)行了設(shè)計(jì)及CO₂檢測(cè)進(jìn)行了研究。本文的研究?jī)?nèi)容如下:1)對(duì)氣體檢測(cè)及數(shù)字鎖相放大器的基本原理進(jìn)行了介紹與分析,為T(mén)DLAS專(zhuān)用數(shù)字鎖相放大器設(shè)計(jì)及CO₂檢測(cè)研究提供了理論支撐。2)對(duì)TDLAS專(zhuān)用數(shù)字鎖相放大器及檢測(cè)系統(tǒng)的硬件模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),主要包括:數(shù)字鎖相放大器模塊、激光器控制模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、檢測(cè)光路以及電磁干擾屏蔽罩裝置,為CO₂檢測(cè)系統(tǒng)的搭建提供了硬件基礎(chǔ)。3)根據(jù)數(shù)字鎖相放大器的基本原理設(shè)計(jì)數(shù)字鎖相放大器檢測(cè)程序,主要包括:信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集模塊、混頻乘法器模塊以及數(shù)字低通濾波模塊,通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式,證明了整個(gè)檢測(cè)程序能實(shí)現(xiàn)二次諧波解調(diào)的功能。4)搭建了CO<... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

PCI系列氣體檢測(cè)儀器

中國(guó)計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文7圖1.2MFLI鎖相放大器國(guó)外雖然已經(jīng)有相關(guān)可用于氣體濃度檢測(cè)的小型化鎖相放大儀器，但是這些小型化儀器價(jià)格比較昂貴、系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程繁瑣，沒(méi)有將激光控制裝置集成化設(shè)計(jì)，因此，還需要通用的激光控制裝置配合使用進(jìn)行氣體檢測(cè)。國(guó)內(nèi)對(duì)鎖相放大器在氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用的研究主要體現(xiàn)在如何提高和優(yōu)化系統(tǒng)檢測(cè)的下限和檢測(cè)精度方面，采用的大多數(shù)是通用性的鎖相放大器和臺(tái)式的激光器驅(qū)動(dòng)器。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于鎖相放大器的小型化雖然有一定的研究，但是對(duì)于鎖相放大器在氣體檢測(cè)方面的小型化研究尚不多見(jiàn)，國(guó)內(nèi)并沒(méi)有國(guó)產(chǎn)化的產(chǎn)品。為了能夠設(shè)計(jì)一套小型化和集成化的TDLAS氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)，本文對(duì)TDLAS專(zhuān)用數(shù)字鎖相放大器進(jìn)行了設(shè)計(jì)并搭建檢測(cè)系統(tǒng)，然后對(duì)CO2檢測(cè)進(jìn)行了研究。其中，數(shù)字鎖相放大器的D/A轉(zhuǎn)換模塊可以輸出的電壓值為0V~2.5V，由于D/A轉(zhuǎn)換模塊的截止頻率為80kHz，因此，輸出信號(hào)的頻率小于80kHz。為了提高信號(hào)采集質(zhì)量采用單端轉(zhuǎn)差分的采集方式，A/D轉(zhuǎn)換模塊可對(duì)-2.5V~2.5V的電壓信號(hào)進(jìn)行采集。數(shù)字鎖相放大器的軟件部分的信號(hào)發(fā)生器模塊輸出信號(hào)相位調(diào)節(jié)范圍為0°~360°,最小相移量為1.4°，數(shù)字低通濾波器的截止頻率為200Hz，能夠有效的將高頻信號(hào)濾除。本系統(tǒng)研究的優(yōu)點(diǎn)如下：從小型化和集成化的角度對(duì)TDLAS專(zhuān)用數(shù)字鎖相放大器及檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在數(shù)字鎖相放大器模塊的設(shè)計(jì)中，除了D/A和A/D轉(zhuǎn)換模塊部分，其余模塊全部在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，降低硬件成本以及調(diào)試難度。數(shù)字鎖相放大器和激光器控制裝置全部小型化設(shè)計(jì)，激光器控制裝置具有噪聲低、溫度控制精度高、集成化程度高的特點(diǎn)。因此，本文的研究為小型化和集成化的TDLAS氣體檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種現(xiàn)實(shí)可行的方案。

中國(guó)計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文20轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)激光器。本文使用D/A轉(zhuǎn)換芯片是TI（德州儀器）公司的DAC8830。DAC8830是單路、16位、串行輸入、電壓輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，供電電壓為3V到5V。該轉(zhuǎn)換器具有線性度優(yōu)良、低故障、低噪聲和快速穩(wěn)定等特點(diǎn)。DAC8830具有標(biāo)準(zhǔn)高速（時(shí)鐘至50MHz）、3V或5VSPI串行接口以與DSP或微處理器進(jìn)行通信。DAC8830的輸出電壓范圍為0V至Vref。由于D/A轉(zhuǎn)換精度為16位，所以，輸出的電壓值與轉(zhuǎn)換碼之間的關(guān)系為：inoutref65536MAV(3-1)其中，Aout為輸出電壓，Min轉(zhuǎn)換碼，Vref為參考電壓。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換電路采用的供電電壓為5V，旁路電容選用的是10μF與0.1μF，其主要作用是把電源中的高頻雜波濾除，防止高頻污染，從而降低電源輸入對(duì)芯片的影響。基準(zhǔn)輸入電壓為2.5V，因此，本文設(shè)計(jì)的DAC8830轉(zhuǎn)換模塊輸出的電壓的范圍為0V~2.5V。輸出的模擬信號(hào)與利用OPA388設(shè)計(jì)的電壓跟隨器相連接，并與截止頻率為80kHz的一階RC低通濾波器連接后輸出。電壓跟隨器的主要作用是阻抗匹配，防止輸出的信號(hào)幅值發(fā)生變化。D/A轉(zhuǎn)換電路連接如圖3.3所示。圖3.3D/A轉(zhuǎn)換電路連接圖在D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出電壓為0V的條件下，利用示波器對(duì)D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出噪聲電壓的峰-峰值進(jìn)行了測(cè)試，得到的測(cè)試結(jié)果如圖3.4所示。可以看出輸出噪聲的電壓峰-峰值為1.276mV，由于本文使用的供電電源為線性電源，線性電源的輸出噪聲電壓的峰-峰值大小在mV量級(jí)，因此，本文設(shè)計(jì)的D/A轉(zhuǎn)換模塊的的輸出噪聲符合設(shè)計(jì)要求，而D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出噪聲主要來(lái)源于供電電壓噪聲的大校

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3403771