基于FPGA的数字锁相放大器在气体探测中的应用

介绍了基于波长调制光谱技术的激光气体探测系统的基本原理,详细描述了双相数字锁相放大器基本原理和结构;为了实现模块化高精度在线激光气体检测系统,利用FPGA和模数数模器件设计了数字锁相放大器的硬件电路,将数字锁相算法在FPGA中实现;基于FPGA的数字锁相放大器应用于激光甲烷分析仪中,并对4个标准甲烷气体进行了实际测试,在10%量程范围内示值误差不超过±0.2%;实验表明基于FPGA的数字锁相放大器能够用于高精度在线激光气体探测系统中。     

基于TDLAS甲烷遥测的数字锁相电路设计

针对以往甲烷测量系统体积庞大、探测距离较近的缺点,提出了基于分布式反馈激光器(DFB)的天然气运输管道安全检测方法及电路设计。重点对基于现场可编程门阵列(FPGA)的正交数字锁相放大器进行设计以及分布式反馈激光器驱动电路和温控电路进行改进设计,并对FPGA核心控制电路、激光器驱动电路以及温控电路进行理论研究与实验验证。采用一次谐波和二次谐波比值计算激光路径中的气体浓度。实验结果表明:系统的最低探测浓度达到20×10~(-6),探测距离达到40 m,实现系统远距离、高精度探测。     

分布式多点激光甲烷检测系统研究

针对传统甲烷检测系统存在的易受环境影响、检测精度低、稳定性差等问题,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和空分复用技术,设计了一种分布式多点激光甲烷检测系统。该系统采用波长1 653.7nm的分布式反馈半导体激光器作为光源;利用谐波检测法得到二次谐波和一次谐波信号幅值比来反演甲烷浓度;采用1分8光分束器,并结合参考气室实现多个测点甲烷浓度的实时检测。在实验室环境下对该系统进行了测试,结果表明该系统测量准确性高、稳定性好,可实现10km范围内测点的有效覆盖,在2.00%~85.0%甲烷浓度范围内,系统测量误差小于2%。     

基于STM32与FPGA的导波激励源设计

基于STM32和FPGA设计了一种专门用来进行超声导波管道无损检测的信号发生器.该激励源由STM32、FPGA、D/A转换电路以及低通滤波电路组成.基于DDS基本原理,阐述了超声导波专用DDS模块设计方法,并给出了STM32与FPGA的接口电路、D/A转换电路及滤波电路的设计方法.其中STM32为整个系统控制核心,主要负责送频率控制字,FPGA主要为了产生DDS波形.FPGA输出的数字信号经D/A转换及低通滤波后即可得所需激励信号.实验结果表明输出的信号噪声小、精度较高、频率可调,能方便地用于管道超声导波检测.     

基于光声光谱技术的SF_6气体检测系统方案研究

为了实现对SF6气体的检测,该文研究了一种基于光声光谱的SF6气体检测系统方案。首先,从理论上分析了该系统的基本检测原理。接着,对系统的组成进行描述。分析了SF6、CO2、H2O的红外吸收特性,并确定滤光片参数。在此基础上,选择宽带红外热辐射光源作为系统光源。设计了圆柱形共振光声池,并利用STM32嵌入式处理器实现对光声信号采集,以及SF6气体浓度计算。     

基于STM32与FPGA的导波激励源设计

基于STM32和FPGA设计了一种专门用来进行超声导波管道无损检测的信号发生器。该激励源由STM32、FP-GA、D/A转换电路以及低通滤波电路组成。基于DDS基本原理,阐述了超声导波专用DDS模块设计方法,并给出了STM32与FPGA的接口电路、D/A转换电路及滤波电路的设计方法。其中STM32为整个系统控制核心,主要负责送频率控制字,FPGA主要为了产生DDS波形。FPGA输出的数字信号经D/A转换及低通滤波后即可得所需激励信号。实验结果表明输出的信号噪声小、精度较高、频率可调,能方便地用于管道超声导波检测。     

基于光纤供能的气体传感系统设计

设计并搭建了一套基于光纤供能技术的气体传感系统,可以实现300m外的环境CO气体浓度的采集及显示。本系统采用808nm激光器产生的激光通过105μm芯径的多模光纤传输到GaAs 光伏电池,光伏电池将其转化为电能,并通过电源管理模块为气体传感器模块和光发送模块供电。气体传感器模块采用STM32芯片控制传感器ZE07-CO,以采集CO气体浓度数据,光发送模块将数据通过光纤传回基站。最后在基站完成数据的显示和分析。为确保系统正常工作,激光器输出的最低光功率为 1113.4mW,而经过300m光纤后到达光伏电池的光功率为758mW,此时光伏电池输出的最大电功率约为235mW,即光伏电池的最大光电转换效率为31%,经过电源管理模块后实际输出电功率为195mW,即电源管理模块的效率为83%,系统总效率为25.7%,数据传输率为 28.8kbyte/s。     

基于光谱技术多气体检测系统的设计

为了实时检测多种气体的浓度,以红外光谱吸收法和电化学检测为测量原理,设计了以STM32F103为主控芯片的多气体浓度检测系统,对该系统所设计的方案进行介绍.检测系统由上位机和下位机两部分组成.下位机部分包括硬件和软件设计,以同时兼顾性能和低功耗的设计理念实现了多气体浓度实时检测及显示、超过报警阈值进行声光报警等基本功能.下位机可以通过无线传输方式与上位机进行通讯.上位机基于QT平台编写,可以实时显示气体浓度曲线,便于用户在远端进行安全监控.在对系统性能测试后,结果表明:设计的系统检测精度可以达到±3% FS,具有误差小、易操作、携带方便、工作稳定等特点,能够更好地保障工作人员的人身安全,同时远程监控能力也使检测系统具有良好的实用价值.     

基于stm32的手持式气体检测仪

在日常生活及工作中,为了对有害气体进行有效的实时监测,避免长期处于有害气体的环境中从而对人员健康产生危害,针对目前国产气体检测仪最小检测浓度过高、响应时间过长、检测误差较大的问题设计了一种基于STM32的手持式气体检测仪;主要从内部硬件设计以及软件设计两个方面完成了手持式气体检测仪的设计,硬件方面的主控芯片选择STM32F103芯片,软件方面基于嵌入式系统开发实现对于VOC气体、温度、大气压力的测量、显示、数据存储以及数据分析,主要利用C语言来实现其功能;通过对整个检测仪系统的调试,证明这一系统能够对100ppb以下气体浓度进行响应、响应时间能够小于20s、检测误差能够小于5%FS;本气体检测仪除了普通环境的气体浓度监测,还能应用在有气体泄漏或空气质量要求的化学、工业、农业、动植物培育等场景。     

STM32的窄线宽半导体激光器驱动电路设计

设计了一种高稳定性的激光器驱动电路。激光器驱动电路硬件主要包括温控模块、恒流驱动模块以及电流调谐模块，电路设计采用STM32微处理器作为主控芯片，ADN8443作为温度控制器件，结合PWM控制方案实现温度控制，设计恒流驱动电路以及电流调谐电路实现半导体激光器的稳定输出。经过测试，功率稳定度为0.16%,波长稳定度为0.23 ppm,电路具有可调谐、体积小、效率高、驱动能力强等优点，能够实现激光器的稳定控制。     

基于FPGA和STM32的流式细胞仪数据采集系统设计

针对流式细胞仪采集微弱信号高速高精度的需求,设计了一种基于FPGA和STM32控制的模数转换多通道高速高精度数据采集系统。该系统接收并调理放大光电转换后的微伏级细胞脉冲电信号,经模数转换传给FPGA作识别,再由STM32读取传至上位机分析处理。FPGA结合STM32单片机控制其外围芯片,可实现数据的同步采集、实时缓存和高速传输。为验证系统的有效性,采用彩虹八峰微球上机测试,实验结果表明荧光通道荧光检出限以及荧光线性符合国家标准,满足流式细胞仪数据采集的高速高精度要求,在医疗电子仪器设计领域具有广阔的应用前景。     

基于STM32的真彩色检测系统

本文介绍了以FPGA和ARM为硬件基础的真彩色检测系统。该方案针对在工业生产中,液晶显示设备的色彩显示质量难以检测的问题,旨在提出一种真彩色显示质量的检测方案,进而为工业化的测量提供了一个可量化的方法。系统中使用XILINX公司的XC3S200AN-5FTG256C作为FPGA的硬件来进行数据采集和累加平均计算,使用以ARM为核的STM32F103Z为微控制器来进行数据校正等工作。经试验表明,该系统运行稳定,测量准确度高。     

基于STM32F407的微震信息采集系统设计

为了能够准确地采集和传输微震监测数据,实时监控煤矿井下冲击地压情况,设计了一套基于STM32F407的微震信息采集系统。该系统通过传感器和前端采集控制模块FPGA采集煤矿井下的微震信号,并将其传送到STM32F407进行处理,同时,STM32F407根据现场数据采集需要,可向FPGA发送增益控制、同步控制等信息,实时调整采集电路参数;处理后的微震信号经以太网传送至地面服务器,服务器对采集的信息进行分析和显示,可判断出震源位置。试验结果表明,该信息采集系统可靠、高效,能满足现场微震信息实时采集与传送的要求。     

一种高压开关综合数据采集与监测系统设计

高压开关是电力系统中实现电路分合控制的重要电力装备,对高压开关进行在线监测可以实时监测其运行状态,进而为故障诊断、预测、电寿命、绝缘等分析提供数据来源,可以提高高压开关整体运行可靠性和减少故障时间;数据采集与监测装置是实现这种在线监测功能的核心装置,基于FPGA+STM32双处理器架构的高速数据采集系统,利用FPGA灵活的可编程特性实现高速并行数据采集,利用STM32微控制器强大的处理能力和丰富的外围接口实现数据处理、控制和传输,FPGA和STM32之间通过FSMC接口实现快速数据交换;装置采集了高压开关设备多个传感器数据,通过工业串口液晶屏作为本地人机交互界面,同时以太网接口通过TCP协议上传数据给远端,实现了高压开关运行状态的在线监测。     

基于FPGA的超声波信号处理设计与实现

为了满足超声波探伤检测的实时性需求,通过研究超声波探伤的工作原理,提出了基于FPGA芯片的实时信号处理系统实现方案及硬件结构设计,并根据FPGA逻辑结构模型实现了软件系统的模块化设计。根据实验测试及统计数据得出,基于FPGA芯片的信号处理系统提高了探伤检测的准确性与稳定性,满足了探伤过程中B超显示的实时性要求。     

特种装备内部环境气氛传感系统设计与实现

为长期监测特种装备内部环境气氛的变化规律,研制了一种基于STM32微处理器的嵌入式气氛传感系统.核心敏感元件选用SHT15数字式温湿度传感器、LOX02数字式氧气传感器和自主研制的MEMS氢气传感器.设计了一种独特的低功耗供电方案,有效降低了系统的休眠功耗.测试结果表明:系统能够准确测量环境的温度、湿度、气体压力、氧气浓度和氢气浓度等重要指标,体积小、功耗低,对特种装备可靠性评估具有重要意义.     

基于光电探测器和FPGA的瞬变光辐射探测技术的应用研究

结合光电探测技术和空间对地探测瞬变光辐射技术,阐述瞬变光信号探测的应用系统研究.分析目标特性,提出了基于光电探测器和FPGA技术的瞬变光辐射探测系统设计方案.着重介绍了系统核心模块设计及其核心器件选择.完成软硬件设计、调试,以自研制模拟信号源为输入的测试结果表明,系统运行状态良好,设计方案可行.     

车载激光甲烷遥测系统的设计

为了解决传统燃气巡检设备检测效率低、检测距离近的问题,文章结合可调谐激光吸收光谱技术和地物的后向散射特性, 设计了一套车载激光甲烷遥测系统,并进行了模拟测试。测试表明,该系统对甲烷气体的最低检测限为5 umol/mol,可探测距离150米,体积分数为0.1%的甲烷气体泄漏,并能在车速为50km/h行驶时,检测到燃气泄漏点,检测距离远、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强,很好的满足实际探测需要。通过燃气公司实际应用表明,该系统极大地提高了燃气巡检效率,减少燃气巡检周期,非常适合长输管线的快速巡检,实用性强。     

基于STM 32F103单片机的远程无线瓦斯浓度监测系统

In view of the shortcomings of traditional gas concentration monitoring system, a remote wireless gas concentration moni- toring system based on STM32F103 is designed. The system uses STM32F103 microcontroller to control the sensor to realize the ac- quisition and processing of the underground gas concentration in real time. When the gas concentration exceeds the set upper limit, the system will send the sound and light alarm, transmit the collected data to the GPRS DTU, and then transmit the generated alarm signal and collected data to the monitoring center in time by using TCP/IP. The system can realize real-time monitoring by SMS or telephone, which greatly reduces the waste of human and financial resources.