可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)的信號處理過程受限于軟件平臺的局限性,在某些情況下其處理速度與精度無法滿足使用要求。因此該論文從光譜學(xué)基礎(chǔ)知識出發(fā),深入研究朗伯比爾定律,結(jié)合波長調(diào)制技術(shù)和諧波檢測技術(shù),提出了基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的TDLAS信號處理方案。為了實(shí)現(xiàn)對TDLAS中的信號處理,主要從兩個(gè)方面出發(fā):一方面為信號調(diào)制,即基于FPGA構(gòu)建調(diào)制波生成電路,調(diào)制波經(jīng)過一系列處理后送入壓控恒流源,從而對激光器進(jìn)行電流驅(qū)動;另一方面為信號解調(diào),即基于FPGA構(gòu)建信號解調(diào)電路,解調(diào)電路從疊加了大量噪聲的信號里快速的找出包含氣體濃度信息的信號,并從中得到氣體濃度。完成系統(tǒng)整體搭建后,對驅(qū)動部分和解調(diào)部分進(jìn)行測試。在電流驅(qū)動方面,驅(qū)動電流最大可以到達(dá)224.67mA,且在15-210mA的正常工作范圍內(nèi),線性度良好,精度平均誤差為0.32mA,穩(wěn)定性γ為0.017%,滿足驅(qū)動要求,在信號解調(diào)方面,諧波幅值的平均相對誤差為3.14%,可以更快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)諧波的檢測。

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
    1.3 課題研究的主要內(nèi)容
第2章 TDLAS理論基礎(chǔ)
    2.1 氣體分子光譜吸收原理
    2.2 氣體分子光譜的線型與線寬
    2.3 朗伯—比爾定律
    2.4 波長調(diào)制技術(shù)
    2.5 諧波檢測技術(shù)
    2.6 信號處理系統(tǒng)的整體方案
    2.7 本章小結(jié)
第3章 基于FPGA的 TDLAS電流驅(qū)動研究
    3.1 TDLAS電流驅(qū)動的要求
    3.2 電流驅(qū)動的整體方案
    3.3 激光器電流驅(qū)動的研究
        3.3.1 數(shù)字頻率合成技術(shù)的研究
        3.3.2 基于FPGA的驅(qū)動波發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)
        3.3.3 D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)
        3.3.4 基準(zhǔn)電壓電路的實(shí)現(xiàn)
        3.3.5 濾波電路的實(shí)現(xiàn)
        3.3.6 壓控恒流源的實(shí)現(xiàn)
    3.4 激光器溫度控制的研究
        3.4.1 激光器內(nèi)置熱敏電阻與TEC的原理
        3.4.2 溫控單元選擇與溫控電路實(shí)現(xiàn)
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于FPGA的 TDLAS信號解調(diào)研究
    4.1 TDLAS信號解調(diào)方案
    4.2 信號采集與前置處理
        4.2.1 信號的前置放大處理
        4.2.2 信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理
    4.3 相關(guān)檢測的理論基礎(chǔ)
        4.3.1 自相關(guān)檢測技術(shù)研究
        4.3.2 互相關(guān)檢測技術(shù)研究
        4.3.3 信號的相關(guān)解調(diào)
    4.4 FPGA相關(guān)解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方案
    4.5 參考信號的生成
    4.6 相關(guān)數(shù)學(xué)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)
        4.6.1 乘法運(yùn)算FPGA的實(shí)現(xiàn)
        4.6.2 開方運(yùn)算FPGA的實(shí)現(xiàn)
    4.7 低通濾波器的實(shí)現(xiàn)
        4.7.1 FIR濾波器的設(shè)計(jì)
        4.7.2 FIR濾波器FPGA的實(shí)現(xiàn)
    4.8 鎖相放大器的整體實(shí)現(xiàn)
    4.9 本章小結(jié)
第5章 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析
    5.1 電流驅(qū)動測試
        5.1.1 合成波生成測試
        5.1.2 電流源性能測試
    5.2 信號解調(diào)測試
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號：3829042