【摘要】：近年來,氣體污染的現(xiàn)象日益嚴重,對特定環(huán)境下的有害氣體濃度的檢測也受到越來越多的關(guān)注。以TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)這一可調(diào)諧二極管激光吸收光譜檢測技術(shù)為代表用于檢測氣體濃度的方法已經(jīng)成為工業(yè)在線檢測氣體濃度的首選方法之一。本論文針對TDLAS氣體檢測系統(tǒng)中微弱信號的處理設(shè)計了一款可以實現(xiàn)倍頻移相的鎖相放大器,用來提取被測氣體的二次諧波信號。本文首先設(shè)計了檢測系統(tǒng)的整體框圖,主要包括光電探測器、光電轉(zhuǎn)換電路、鎖相放大電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路以及電源電路。其中,在TDLAS檢測系統(tǒng)中設(shè)計的鎖相放大部分的電路主要包括:前置放大、帶通濾波、TTL電平轉(zhuǎn)換、倍頻移相、相敏檢波、低通濾波、雙相限幅電路等。根據(jù)鎖相環(huán)頻率合成器的基本原理,該鎖相模塊設(shè)計的重點是倍頻移相電路的設(shè)計,主要是利用了74HC4046以及74HCT161這兩個芯片實現(xiàn)鎖相環(huán)的倍頻移相控制,可根據(jù)實際情況自行設(shè)置相移。在本文中搭建的實驗環(huán)境選擇的是以氨氣配置不同濃度的空氣來檢測空氣中O2的濃度,已知某一濃度的氣體來檢測二次諧波的正確性。首先對電路板進行測試,并且通過仿真實驗來驗證所設(shè)計的鎖相放大器各個部分的波形圖以及整體電路功能仿真波形圖,在沒有問題的情況下,連接上位機軟件,通過注入已知濃度的氣體來驗證鎖相放大器提取的二次諧波信號是否正確,通過實驗結(jié)果表明TDLAS檢測技術(shù)使用二次諧波檢測氣體濃度的可行性和準確性。
[Abstract]:In recent years, the phenomenon of gas pollution is becoming more and more serious, and the detection of harmful gas concentration in specific environment has attracted more and more attention. TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), a tunable diode laser absorption spectrum technique, has become one of the preferred methods for detecting gas concentration on line. In this paper, a phase-locked amplifier is designed for the processing of weak signals in TDLAS gas detection system, which can be used to extract the second harmonic signal of measured gas. In this paper, the whole block diagram of the detection system is designed, including photodetector, photoelectric conversion circuit, phase-locked amplifier circuit, low-pass filter circuit, A / D conversion circuit and power supply circuit. Most of the circuits designed in TDLAS detection system include preamplifier, bandpass filter, TTL level conversion, phase doubling, phase sensitive detection, low pass filter, biphase limiting circuit and so on. According to the basic principle of PLL frequency synthesizer, the emphasis of the design of PLL module is the design of frequency-doubling phase-shift circuit. The two chips, 74HC4046 and 74HCT161, are used to realize the phase-doubling control of PLL. Can set the phase shift according to the actual situation. In this paper, the experimental environment is designed to detect the concentration of O2 in the air with different concentration of ammonia, and the correctness of detecting the second harmonic is determined by a certain concentration of gas. First of all, the circuit board is tested, and the waveform diagram of each part of the phase-locked amplifier and the whole circuit function simulation waveform are verified by the simulation experiment. In the case of no problem, the PC software is connected. The second harmonic signal extracted by the phase-locked amplifier is proved to be correct by injecting gas with known concentration. The experimental results show the feasibility and accuracy of using the second harmonic detection technique to detect the gas concentration in TDLAS.
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN247;TN911.7;TN722

【參考文獻】

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本文編號：2422985