TDLAS氣體檢測系統(tǒng)中FPGA控制與信號處理技術(shù)研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)水平的快速提高，改善社會生活水平的同時也帶來了一系列環(huán)境問題，包括霧霾、溫室效應(yīng)等，給人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來了威脅。氣體檢測技術(shù)對于氣體污染物監(jiān)測和產(chǎn)業(yè)格局變革具有重要意義，其中可調(diào)諧二極管激光器吸收光譜（TDLAS）技術(shù)與傳統(tǒng)氣體檢測技術(shù)相比，具有高靈敏度、高精度等優(yōu)點(diǎn)，在氣體檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文首先介紹了TDLAS氣體檢測系統(tǒng)的基本原理，包括基本的光譜學(xué)知識和常用的氣體檢測方案，以甲烷氣體

2、為測試對象，選取了1653.72nm的位置作為氣體吸收線，描述了基于波長調(diào)制方式的TDLAS系統(tǒng)方案。其次，選擇了DFB激光器作為系統(tǒng)光源，并根據(jù)其工作原理設(shè)計了激光器的驅(qū)動部分，包括電流驅(qū)動和溫度控制。電流驅(qū)動部分利用單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來改變MOS管導(dǎo)通度，進(jìn)而使激光器驅(qū)動電流得到調(diào)節(jié)。利用負(fù)反饋和PID算法來保持電流的恒定，并設(shè)計了限流保護(hù)和延時啟動電路來保護(hù)激光器。溫度控制部分，以專業(yè)溫控芯片LTC1923為核心設(shè)計了

3、外圍電路。再次，設(shè)計了數(shù)字鎖相放大器來提取TDLAS系統(tǒng)的二次諧波信號。介紹了作為鎖放理論基礎(chǔ)的相關(guān)函數(shù)概念以及相關(guān)檢測和相關(guān)解調(diào)技術(shù)。根據(jù)以上原理，基于System Generator對鎖放中的各模塊進(jìn)行建模和仿真驗證，包括DDS、FIR濾波器、開方模塊等，搭建了單通道鎖放，并最終在單通道鎖放的基礎(chǔ)上擴(kuò)展并搭建了雙通道的鎖放，可進(jìn)一步消除相位對鎖放輸出的影響?；赩erilog語言在FPGA平臺（Xilinx公司的Spartan6系列