基于STM32和FPGA的激光甲烷检测系统设计

为了开发小型化的实用激光甲烷检测系统,设计了基于STM32单片机和FPGA的系统方案。FPGA实现系统中正交矢量锁相放大器和激光器调制驱动信号的产生。STM32负责半导体激光器温度控制,气体体积分数计算,通信接口等功能。设计的激光甲烷检测系统对4种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%。此方案可以作为激光气体检测系统的通用平台,实现对其他气体的测量。     

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。     

基于数字锁相放大器的甲烷谐波检测虚拟系统

基于甲烷气体的谐波检测技术,利用数字锁相放大器SR830检测甲烷气体吸收谱线的一、二次谐波,在LabVIEW虚拟仪器设计平台上设计甲烷浓度谐波检测虚拟仪器系统,实现了对数字锁相放大器的远程控制和对数据的采集与处理;实验结果与理论模型相吻合,充分验证了采用数字锁相放大器检测甲烷气体浓度可以精确的提取出谐波信号,获得较好的信噪比。     

基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器的研究

基于甲烷气体的近红外吸收光谱，研究了一种高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器。采用DFBLD作为光源，通过光源调制实现气体浓度的谐波检测，利用二次谐波与一次谐波的比值来消除由光源的不稳定和变化所引起的检测误差。建立了谐波检测的数学模型，给出了甲烷气体的测量结果。     

基于可调谐激光光谱的气体传感系统的研究

为了准确快速的检测气体浓度,基于可调谐激光吸收光谱法,设计了一套气体传感系统.研制了带有光纤准直的透射式光学传感气室,采用半导体激光器作为光源,气体的吸收光谱信号由光电探测器接收,经锁相放大器检测出谐波信号,用二次谐波和一次谐波的比值来获得气体的浓度,消除了光强波动、粉尘及视窗污染的影响.实验表明,二次谐波和一次谐波的比值与气体浓度值之间的线性相关度可达0.9944,可以准确获得气体的浓度信息.     

煤矿甲烷红外检测系统

针对现有煤矿甲烷检测装置存在的缺点,文章提出了一种基于光谱吸收检测原理的煤矿甲烷红外检测系统的设计方案,分析了红外差分吸收检测原理,详细介绍了系统硬件及软件设计。该煤矿甲烷红外检测系统以宽带LED作为光源,采用单光路进行差分吸收检测,消除了双光路系统中由于光路的差异引起的误差;采用锁相放大器对微弱信号进行相敏检波,采用去极值移动平滑法对数字量进行滤波,提高了系统的灵敏度。实验结果表明,该系统检测的甲烷浓度在精确度和稳定性方面均满足检测要求。     

基于小波分析的虚拟甲烷浓度谐波检测仪

基于甲烷气体的谐波检测技术,在LabVIEW虚拟仪器设计平台上采用小波分析技术对光谱信号进行去噪,并采用快速傅里叶变换对去噪后的信号进行频谱分析,获得甲烷气体吸收光谱一、二次谐波的幅值,实现甲烷气体浓度检测.实验结果表明,利用该方法可以很好地去除噪声,精确地提取出谐波信号,获得较好的信噪比.     

锁相放大技术在光学式甲烷气体传感器中的应用

设计了一种基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式甲烷气体传感器,传感器针对甲烷气体位于1653.722nm处的吸收谱线,应用锁相放大技术提取微弱的一次谐波幅度信号,实现对气体浓度的测量。重点分析了在光学式甲烷气体传感器中应用锁相放大的原理及关键技术。结果表明该传感器响应时间为10s,测量精度可达0.02%VOL。     

谐波检测在激光气体分析仪中的应用

在冶金、化工、环保各工业领域中,管道内特定气体浓度检测是工艺优化、安全生产、环保排放等工业过程的重要参考依据。激光分析仪具有原位式安装、响应时间快、维护简便等优点,是很多生产工艺不可或缺的气体浓度检测仪表。在光源驱动端完成光强的高频调制,光通过被待测气体被吸收后达到接收端,在接收端采用调制频率的倍频解调出对应的谐波,再由谐波信息计算气体浓度。由此通过可调谐半导体激光光谱吸收技术与谐波检测技术结合,气体检测精度会大幅提高。通过发射光调制和接收光解调完成了被吸收后光强的二次谐波提取,并通过标准气测试验证了系统的线性误差完全满足应用需求。     

氧气浓度和温度检测系统研究

针对现有煤矿火灾探测技术存在的响应时间长、精度低、可靠性差等问题,基于可调谐激光光谱吸收检测技术,设计了一套氧气浓度和温度检测系统,并在实验室环境下对该系统进行了测试,结果表明,在0~100.0%氧气浓度范围内,系统测量误差小于1%;在253~1 000K气体温度范围内,系统测量误差小于2%。