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STM32与氨气逃逸

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楼主: wangjiahao88
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:23 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:25 | 显示全部楼层
    系统运行时,MCU结合波长调制电路驱动DFB激光器,产生波长调制后的激光;激光经
光纤分路器分为强弱两路,弱光一路经准直器准直后用于高浓度参考气室的测量,测量结
果用于系统定标和激光器校准;强光一路祸合后经长距离光纤和光路准直系统进入烟道探
管,并由探管探测器完成信号采集和预处理,之后携带浓度信息的光谱信号由同轴电缆传
回,进入信号处理模块。系统开始工作时,信号处理模块接收参考光路探测器信号,屏蔽
测量光路,通过不断调节激光器温度并分析光谱信号,找到吸收峰最大时对应的激光器温
度参数并记录;之后信号处理模块切换至测量光路。两路电信号经滤波放大、谐波检测等
信号处理方法实现去噪和光谱整形,由AD转换为数字信号后传回MCU完成数据处理和分析,
分析结果传至显示面板和用户上位机,完成一个周期的测量。另一方面,MCU随时接受上位
机或控制面板传来的命令信号,完成仪器控制。在测量进行的同时,MCU-DMA模块对激光器
状态实时进行检测,保证系统正常运行。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:25 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:26 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:28 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:29 | 显示全部楼层
    图3. 14中,灰色表示功能器件,蓝色表示光学元件,黄色框内表示测量气室单元,现
阐述各部件及功能:①为DFB激光器,产生波长调制激光;②为激光器尾部光纤揭合器,将
LD激射的光藕合到尾纤;③和⑦为准直器,由前后两片会聚透镜组成,通过调节两片透镜
的距离改变光的发散角,此处用于改变激光会聚特性,使探测面的激光光斑足够小;④和
⑤是两片平板玻璃,分别是参考气室的入射窗口和出射窗口,以巧“倾斜角设计,用于去
除外界杂散光影响,同时减少激光在入射窗和出射窗反射对气体吸收的影响;⑥和⑩为光
电探测器;⑧为角锥棱镜,通过三个90。角实现光线180。翻转,增加光程,提高光路的稳
定性;⑨为测量气室的入射窗口和出射出射窗口,用于调整激光,同时起到光阑作用。入
射窗为发散透镜,出射窗为会聚透镜。入射窗用于加宽参考气室内部激光光束,增加吸收
光路覆盖体积,提高吸收强度,出射窗用于会聚激光,缩小探测器探测面的光斑面积,提
高灵敏度。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:29 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:32 | 显示全部楼层
    系统气室设计主要考虑点有两个:一是气室的机械结构设计。机械结构设计不仅要和
光路要求相匹配,同时要兼顾气室所处的外界环境,以提供稳定的测量环境。二是气室材
料的选择,主要考虑入射/出射窗材料的选择,尽量减小窗口材料对测量结果的影响。其中
第二点在上一节已作出分析,故不再赘述。基于以上的考虑,现对参考气室和测量气室分
别做出如下设计。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:32 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:34 | 显示全部楼层
    测量气室的设计与探测方式有关,测量气室的主要目的是提供一个稳定,干扰小的测
量环境。烟道内部环境复杂,主要体现在两点:一是粉尘浓度很高,易造成光散射,导致
测量结果不准确;二是气流变化较大,易造成测量结果不稳定。因此测量气室在设计过程
中需对这两点问题做出解决。基于以上考虑,测量气室的设计如下图所示:

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:34 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:35 | 显示全部楼层
激光器驱动模块的主要作用有两个:一是完成激光器波长调制,其实现方式是利用激
光器注入电流的变化改变P型层和N型层的载流子浓度,以改变布拉格光栅的有效折射率,
从而改变激射光波长,通过注入电流的连续变化,可以实现波长连续变化,完成调制。
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:36 | 显示全部楼层
    激光器波长调制需要实现注入电流的连续变化,对应到电路中即加载在半导体激光器
两端的电压连续变化。因此该电路实现的目标是产生周期锯齿波,锯齿波的最低点需满足
激光器工作电流电流,最高点不得超过激光器工作电压。图4. 2所示原理图通过MCU产生的
PWM波控制模拟开关实现电容充放电,电容充放电在线性区产生锯齿波,锯齿波幅值由充电
电压工N2和充电电容C35决定,周期由PWM波周期决定,该周期即为波长扫描周期。该锯齿波
起点电压为模拟地,即0电压,因此需在工M一路提供叠加电压,叠加后的锯齿波达到激光
器工作电压要求,经功率放大电路后加载在激光二极管两端,完成波长调制。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:36 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:36 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:37 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:39 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:39 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:39 | 显示全部楼层
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-10-18 10:42 | 显示全部楼层
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