用于红外气体检测的多通池温度、压强控制系统研制

为了实现CO₂气体同位素的高性能检测,研制了高精度、高稳定性的多通池温度、压强控制系统。采用柔性PCB作为加热片包覆圆柱形多通池。考虑到温度控制系统的加热速率,外层包覆保温棉作为隔热装置,使得整个温度控制系统能实现快速加热,且能够保持温度的长时间稳定。采用铂电阻PT1000温度传感器对多通池温度进行精确采集,主控制器通过PWM信号,调控柔性PCB加热膜的发热功率,从而实现温度的闭环控制。压强控制系统方面,采用压强传感器连接于多通池前、后端,检测多通池内部气压,主控制器通过PWM信号,调控多通池前、后端比例阀导通状态,从而实现压强的闭环控制。结果表明,温度控制范围为18.48~42 ℃,温度控制精度为±0.08 ℃。多通池压强为60 Torr(1 Torr ≈ 133.322 Pa)时,控制精度为±0.04 Torr。该系统为红外CO₂气体同位素的高性能检测提供可靠保障。     

采用Ziegler-Nichols-PID算法的激光红外多通池压强控制系统研制

为了实现CO₂气体同位素的高性能检测,研制了高精度、高稳定性的激光红外多通池压强控制系统。硬件方面,采用压强传感器连接于多通池前、后端,检测多通池内部气压,主控制器通过PWM信号,调控多通池前、后端比例阀导通状态,从而实现压强的闭环控制。软件方面,采用Ziegier-Nichols工程整定方法,完成对 P 、 I 、 D 3个参数的确定。结果表明:多通池压强为60 Torr(1 Torr=133.322 Pa)时,控制精度为±0.04 Torr。试验中,利用研制的多通池压强控制系统对13CO₂、12CO₂气体分子在4.3 μm吸收光谱进行测量。随着气体压强从0.026~0.066 atm (1 atm= 101 325 Pa),13CO₂和12CO₂气体分子吸收光谱的峰值随着压强增大而增大,吸收光谱宽度也随着压强的增大而增大。同时,利用红外气体检测系统对CO₂同位素丰度进行长达2 h的测量。CO₂同位素丰度均值为?9.081‰,测量值在?8.351‰~?9.736‰之间波动,最大偏差值为0.73‰。可以证明:该系统为红外CO₂气体同位素的高性能检测提供可靠保障。     

微型多通池的设计及研究进展

多通池(MPC)作为可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的核心器件,用于增加探测光束与待测气体样品之间的相互作用距离,从而提高探测灵敏度.近年来,随着激光光谱传感器对小型化、便携性的需求逐渐增加,小体积且长光程的多通池成为当前的研究热点.对当前主流发展的多通池设计原理和应用研究进行了综述,首先介绍了目前国际上常用...     

光学多通池的研制及应用

光学多通池具有结构简单、光路对准容易、光谱通用性高、鲁棒性好及成本低等优势,是增加吸收光程最有效的手段之一,可以显著提高吸收光谱的探测灵敏度.简要总结了不同类型光学多通池的基本原理,重点介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所张为俊研究员团队使用光线追迹研制的200 m光程像散镜池、59.7 m光程Herriott池、大...     

测量微量污染物的多通吸收池

精确和快速测量微量气体污染物的能力对解决诸如全球变暖、同温层臭氧消耗和光化空气污染之类的环境至关重要。然而直到最近，具有快时间响应测量少量气体污染物的能力仍受限制。麻省重飞行器研究公司的科学家按照新的观点使用现有可调谐激光光谱术已发展一种解决该问题的方法。公司总经理C．E．K0山说，一切污染物都有我们所注目的吸收带或基振动带。例如，甲烷（＊N。）和氧化亚氮（N刃）之类微量污染物可在中红外区进行探测。一使用两步过程，可调谐红外激光差分吸收光谱仪（TILDAS）可以探测微量浓度。开始时，铝盐二极管激光器作…     

基于红外TDLAS技术的高精度CO2同位素检测系统的研制

对天然气分布监测,高精度地检测CO₂同位素是非常重要的。采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,通过13CO₂/12CO₂在4.3 μm处的吸收谱线,实现高精度CO₂同位素检测。该检测系统由工作在连续波模式下的中红外间带级联激光器(ICL)、长光程多通池(MPGC)和中红外碲镉汞(MCT)探测器组成。针对13CO₂和12CO₂两条吸收谱线强度受温度影响的问题,研制了MPGC高精度温度控制系统。实验中,配置5种不同浓度的CO₂气体对检测系统进行标定,响应线性度可达0.999 6。结果表明,当积分时间为92 s时,同位素检测精度低至0.013 9‰,具备实际应用价值。     

基于51单片机的多点温度控制系统设计

针对目前壁挂炉采暖中温度控制不准确的现状,以单片机为控制中心,采用Dallas公司的"一线总线"数字化温度传感器DS18B20以及脉冲控制器件,设计一款多点测温及温度控制系统;系统能够同时测量多点温度,并根据温度设定实时控制各回路通断及壁挂炉的燃烧与停止,从而进一步提高居室的舒适性及采暖系统的经济性.     

PID算法的炉窑温度控制系统实现探讨

在我国的机械、冶金、电子等工业领域中,温度控制系统有着广泛的应用,且对控制调节器有着极高的要求,以应对控制滞后、参数多变、工况复杂和运行惯性大等状况的发生。本文通过介绍炉窑的温度控制系统、PID算法,并对PID算法提出改进及参数调整,使其展现更好的控制性能,更适合处理复杂多变的温度控制系统。     

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℃。     

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C0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C0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...     

采用模拟PID控制的DFB激光器温度控制系统研制

以红外分布反馈激光器激发光源为核心的检测装置中,分布反馈激光器发光波长的控制精度及稳定性直接决定检测装置测量准确性。为此研发了一种采用模拟PID控制的分布反馈激光器温度控制系统。该系统采用模拟比例-积分-微分温度前向控制模块和温度实时后向采集模块达到控制温度的目的。温度控制实验中采用激射中心波长为2 049 nm的分布反馈激光器,结果表明,系统温度控制稳定性为0.05℃,稳定时间小于30 s。同时,利用所研制的温度控制系统对上述可调谐DFB激光器做了光谱测试实验,结果表明,当激光器驱动电流固定时,激光器激射波长与其工作温度呈线性关系。     

高精度半导体激光二极管温度控制系统

本文使用通用器件，基于比例－ 积分－ 微分（ Ｐ Ｉ Ｄ） 控制技术精心设计了高精度温度控制系统，系统中的 Ｐ Ｉ Ｄ 调节器和相关的辅助电路以及恒温阱，保证了系统的高精度、高稳定性以及实用性。这些辅助电路包括精密电压源、工作温度点设定电路、积分饱和释放电路和温度调节状态显示电路等。系统设计精度为±１ ｍ Ｋ。实验显示，在长时间（ 大于８ ｈ） 内，系统温漂小于±１０ｍ Ｋ。最后分析了实验误差的来源和改进方法     

基于数字滤波的半导体激光器温控系统设计

为了使光收发模块发射光波长稳定,突破现有半导体激光器温控系统大都采用模拟器件实现的常规设计,提出了一种基于数字滤波方式的控制方案,采用数字信号处理方式,以固件形式实现了半导体激光器温度控制。通过理论分析和实验验证,取得了采用该方案的光收发模块在应用温度范围内的发射波长变化数据。结果表明,该系统性能稳定,温度控制精度达0.053℃。     

准分子激光器温度控制系统设计

设计了一种应用于准分子激光器的高精度温度控制系统,可对准分子激光器放电腔的温度进行实时采集、显示、控制,达到维持激光器腔体温度恒定的目的,从而改善激光器的工作性能如能量稳定性和使用寿命等。系统采用飞思卡尔单片机,以比例阀作为控温执行器件,并且设计了软硬件和优化的控制算法。实验结果表明：在三种不同PID控制方式下,系统控制精度皆能达到±0.2℃;在改进的智能PID控制下,系统超调变小、调节时间减少;在100Hz和500Hz不同重频条件下,系统采用智能PID控制时,运行稳定。因此,本系统可为激光器的运行提供良好的温度控制环境。     

快速半导体激光器温度控制系统设计

温度是影响半导体激光器性能指标之一, 为了实现快速稳定的温度控制,研究了系统的温度控制硬件和算法。系统以MSP430低功耗微控制处理器为核心, 采用自动调节制冷片电压和脉冲宽度调制(PWM)输出脉冲方式相结合的驱动电路, 根据系统的机械控制热平衡模型和装置的高低温实验建立了自适应温度调节算法。经过高低温实验研究, 从-40~50 ℃控制到温度为23 ℃时, 激光器温度稳定所消耗的时间分别为2 min 30 s和1 min 30 s, 其中控制精度为0.2 ℃。对激光器功率稳定性进行实验分析, 控温前后激光功率的稳定性, 从5%提高到1%以内, 满足人眼安全对激光功率密度的要求, 该方案的设计对于小功率、快速稳定的激光系统的设计具有可借鉴意义。     

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...