TDLAS技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域,具有檢測速度快、精度高、可在線檢測等特點。TDLAS技術(shù)需要數(shù)字鎖相放大器進行信號處理,傳統(tǒng)上的鎖相放大器體積大不易集成化,雖然目前對于數(shù)字鎖相放大器的小型化的研究取得一定進展,但是通用型的激光器控制器體積大,因此無法集成化設(shè)計。本文從小型化以及可集成化的角度對TDLAS專用數(shù)字鎖相放大器進行了設(shè)計及CO₂檢測進行了研究。本文的研究內(nèi)容如下:1)對氣體檢測及數(shù)字鎖相放大器的基本原理進行了介紹與分析,為TDLAS專用數(shù)字鎖相放大器設(shè)計及CO₂檢測研究提供了理論支撐。2)對TDLAS專用數(shù)字鎖相放大器及檢測系統(tǒng)的硬件模塊進行了設(shè)計,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、檢測光路以及電磁干擾屏蔽罩裝置,為CO₂檢測系統(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)計數(shù)字鎖相放大器檢測程序,主要包括:信號發(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,通過仿真與實驗結(jié)合的方式,證明了整個檢測程序能實現(xiàn)二次諧波解調(diào)的功能。4)搭建了CO<... 

【文章來源】：中國計量大學浙江省

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PCI系列氣體檢測儀器

中國計量大學碩士學位論文7圖1.2MFLI鎖相放大器國外雖然已經(jīng)有相關(guān)可用于氣體濃度檢測的小型化鎖相放大儀器，但是這些小型化儀器價格比較昂貴、系統(tǒng)升級過程繁瑣，沒有將激光控制裝置集成化設(shè)計，因此，還需要通用的激光控制裝置配合使用進行氣體檢測。國內(nèi)對鎖相放大器在氣體檢測方面的應(yīng)用的研究主要體現(xiàn)在如何提高和優(yōu)化系統(tǒng)檢測的下限和檢測精度方面，采用的大多數(shù)是通用性的鎖相放大器和臺式的激光器驅(qū)動器。近幾年來，國內(nèi)對于鎖相放大器的小型化雖然有一定的研究，但是對于鎖相放大器在氣體檢測方面的小型化研究尚不多見，國內(nèi)并沒有國產(chǎn)化的產(chǎn)品。為了能夠設(shè)計一套小型化和集成化的TDLAS氣體濃度檢測系統(tǒng)，本文對TDLAS專用數(shù)字鎖相放大器進行了設(shè)計并搭建檢測系統(tǒng)，然后對CO2檢測進行了研究。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，輸出信號的頻率小于80kHz。為了提高信號采集質(zhì)量采用單端轉(zhuǎn)差分的采集方式，A/D轉(zhuǎn)換模塊可對-2.5V~2.5V的電壓信號進行采集。數(shù)字鎖相放大器的軟件部分的信號發(fā)生器模塊輸出信號相位調(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濾除。本系統(tǒng)研究的優(yōu)點如下：從小型化和集成化的角度對TDLAS專用數(shù)字鎖相放大器及檢測系統(tǒng)進行了設(shè)計，在數(shù)字鎖相放大器模塊的設(shè)計中，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，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。因此，本文的研究為小型化和集成化的TDLAS氣體檢測系統(tǒng)的設(shè)計提供了一種現(xiàn)實可行的方案。

中國計量大學碩士學位論文20轉(zhuǎn)換驅(qū)動激光器。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。DAC8830具有標準高速（時鐘至50MHz）、3V或5VSPI串行接口以與DSP或微處理器進行通信。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芯片的影響�；鶞瘦斎腚妷簽�2.5V，因此，本文設(shè)計的DAC8830轉(zhuǎn)換模塊輸出的電壓的范圍為0V~2.5V。輸出的模擬信號與利用OPA388設(shè)計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D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出噪聲電壓的峰-峰值進行了測試，得到的測試結(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，因此，本文設(shè)計的D/A轉(zhuǎn)換模塊的的輸出噪聲符合設(shè)計要求，而D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出噪聲主要來源于供電電壓噪聲的大校

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3403771