复合式VCSEL型CO和CH4激光气体检测系统设计

一氧化碳(CO)和甲烷(CH₄)是大气中主要的污染性气体,而且二者都属于易燃易爆气体。一氧化碳和甲烷浓度检测在人民生产生活各个领域都具有重要意义。因此,本文开展了VCSEL型CO和CH₄双组分TDLAS气体检测系统的研究。针对双组分气体检测,提出了一种双波长分时扫描式自主校正检测技术,消除了光信号的交叉干扰,实现了单信号环路对双组分气体的高精度检测;针对VCSEL激光器工作温度稳定性要求高和阈值电流低等工作特性,设计了高精度温控电路和精密电流驱动电路;针对双组分气体光电探测器信号幅值不同的特点,设计了偏压和增益数控可调的光信号采集处理电路。本系统进行了整体性能测试,稳定性较好。     

采用LPC 55S69的CO激光气体检测无线传输系统的研制

CO气体作为一种还原剂在工业冶金等场景中广泛应用,对于CO的检测在工业生产、大气监测、中毒预警中是十分重要的。TDLAS技术能够高效准确地检测特定气体浓度,基于TDLAS技术的CO气体检测相较于传统检测方法优势明显。本设计采用LPC55S69作为主控,VCSEL激光器作为核心光源实现TDLAS的CO气体检测。随着检测环境越加复杂,基于现场检测的方法局限性越来越大,本设计还根据需要,设计了检测数据无线加密传输方式。LPC55S69采用128位AES-ECB算法实现数据加密,并通过WIFI(ESP8266)将数据上传至PC端,PC端进行解密后得到待测气体浓度信息。该方法实现的远程数据加密传输大大扩宽了TDLAS型CO气体检测的应用范围并且保证了数据传输的安全性。     

用于人体呼气检测中CH4气体检测的激光器温控系统设计

人体呼气检测是一种便捷有效的临床诊断手段,通过检测人体呼出气体中CH₄浓度能够实现消化科、内分泌科等领域的疾病的无损检测。使用TDLAS技术进行人体呼气检测是一种精确、便捷的检测方法。针对TDLAS型CH₄气体检测系统,本文设计了基于FPGA的激光器温控系统。系统选用XC6SLX25为主控芯片,主控制器通过模数转换芯片AD7691实时获取激光器的温度,将实际温度与设定温度进行数字PID运算后,改变数模转换电路输出的电压控制TEC驱动芯片AND8835实现对激光器温度的控制。经过试验测试,该温控系统可以高效、精确、快速的对激光器进行温度控制,控温精度达到±0.01℃。     

DSP主控型CO和CH4双路激光气体检测数据采集系统研制

通过精确检测CO和CH4两种气体浓度,对于煤矿企业安全生产和工业过程控制具有重要意义,TDLAS技术是一种实时高精度的气体检测方式,可用于CO和CH4双路气体检测.针对TDLAS型CO和CH4双路气体检测系统,本文设计了一种DSP型双路数据采集系统.激光信号被CO和CH4选频吸收后,光电二极管FD10D将光信号转换为电流信号,微弱电流信号经OPA2387搭建的前置放大电路转换为电压信号,由ADC芯片ADS8330进行数据采集,回传至DSP主控芯片TMS320C6748,处理完成的数据存储至FLASH芯片M25P16,最后将数据实时上传至上位机.经过测试,该系统可以稳定、准确地进行数据采集,并且适配于其他TDLAS型双路气体检测系统.     

用于CO激光TDLAS型气体检测系统的光电检测电路研制

准确检测CO浓度对环境保护和安全生产具有重要的意义,TDLAS技术是一种高效、高精度的CO气体浓度检测方案。设计了一种用于CO激光TDLAS型气体检测系统的光电检测电路。CO气体选择性吸收由激光器发出的特定波长信号,而后光信号经过光电探测电路转换为有效的电压信号,运用TLC4545模数转换芯片进行数据采集,并将其发送到主控芯片STM32F105R8进行处理,使用W25Q128闪存完成对实验数据的存储,最后数据通过串口调试助手进行显示。经过实验表明,该电路可以实时、稳定、精确地将光信号转换为电信号,且灵活性强,可应用于其它气体检测系统。     

TDLAS系统动态光强跟踪检测电路研制

TDLAS系统利用气体对特定波长的激光吸收的原理进行气体检测,激光的光强稳定性对系统的检测精度和稳定度有着重要的影响。针对TDLAS系统激光器光强的变化,本文研制了动态光强跟踪检测电路。电路采用STM32H7B0作为主控制器,设计了低噪声的高速前置放大器,并使用压控放大器AD8367调整电路的增益。主控芯片实时检测光强变化情况,并控制放大器调整检测电路的增益,实现动态光强跟踪。经过测试,该检测电路可以根据激光器光强变化实时的调节增益,稳定的输出电压信号,消除了激光器光强的变化对TDLAS检测系统的影响。