stm32开发TDLAS

1万 · 2019-10-22 16:10

基于TDLAS的一氧化碳气体检测技术研究
设计并实现了一种基于数字锁相环的气体检测和解调系统。针对传统的TDLAS气
体检测采用的模拟锁相放大电路中存在的调相困难，稳定性差的缺点，设计了一款适用
于气体检测的数字正交锁相放大器。数字正交锁相放大电路通过滤波和计算提取气体的
一次谐波和二次谐波信号。通过二次谐波幅度与一次谐波幅度比值与待测气体浓度的关
系，实现气体浓度测量。
在此基础上，构建了基于TDLAS的一氧化碳气体检测平台，以一氧化碳为例配置不
同浓度的气体，使可调谐二极管激光器在气体吸收峰附近扫描，光电信号由光电探测器
转换，气体吸收后的一次谐波和二次谐波信号由数字正交锁相放大器信号处理模块提
取。并且在通过调节电路之后，FPGA控制12位AD转换采集数据。采用STM32单片机与
FPGA通讯，传输数据，通过以太网口将数据传到计算机，利用MATLAB对提取的信号
采用最小二乘法数据拟合，进行气体浓度的计算。

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早期的激光吸收气体检测技术，与传统的光谱仪一样，采用直接吸收法将激光波长
保持在气体吸收峰附近。通过检测吸收光谱的幅值大小来计算浓度。在受到压强和温度
的影响下，气体吸收系数会发生改变，直接吸收法在稳定波长方面灵敏度和精度相对较
低。它还受到外围电路的低频噪声影响。因此，当气体吸收程度不强时，该方法不能满
足检测要求，而TDLAS技术可以有效地解决该问题。

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该激光器的NTC热敏电阻常数B为3900，单位为K，测试基准温度为2_5 0C。主要
J陛能参数见表3.1，根据数据手册和图表参数，DFB激光器的输出波长稳定性与驱动电
流和工作温度有关系，稳定的恒流源和恒温控制电路保持输出波长不发生抖动和偏移，
为此下面我们设计相应控制电路让DFB激光器保持激光发射稳定，以保障整个系统测
量精度。

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