基于红外光谱吸收法的瓦斯检测系统ppt.ppt

基于红外光谱吸收法的瓦斯气体监测系统;引 言;　　　1.1 选题的目的与意义;1.2 常用的瓦斯浓度的检测方法;2.1红外吸收原理;　　　2.2 红外光谱吸收的检测方法;(2) 差分吸收检测原理 差分吸收法的工作原理是:光源发出的光束被分成两路，一路带有被测气体吸收后的信息，称信号信息;另一路带有未经被测气体吸收的信息，称参考信息,信号信息与参考信息的比值只是气体浓度的函数. 差分吸收法可采用单波长双光路法来实现，也可以采用双波长单光路法来实现,本文采用较简单的差分吸收监测的单光源双光路方法. ;单波长双光路差分吸收法原理图如下 ; 调整电路可使K等于1, 1nK等于0，两路光强之比的对数可作为系统的输出，消除光强波动带来的影响，而且这个值与气体浓度成正比。;　　　2.3 红外吸收原理优越性;3.1 系统总体方案设计; 对于设计的红外光谱吸收法的瓦斯气体监测系统主要研究以下几个内容： (1)光源 在本系统中用于产生与甲烷气体特征吸收频率相配的红外光，光源采用分布反馈式半导体激光器(Distribution Feedback Laser Diode, DFB LD)，具有优良选频特性的单纵模激光器，谱线窄，功率大，可以通过调整温度和注入电流来粗调和精调其输出光谱的中心波长和光谱宽度，在本系统中用于产生与甲烷气体特征吸收频率相配的红外光， (2)气室 气室主要由参考气室、被测气室，作用是使红外光通过两个气室时由于气体的存在而产生不同衰减的信号。它是敏感元件，它由输入/输出透镜组成。从光纤射出射的光，经输入透镜准直变为平行光，穿过气室，由另一透镜祸合到输出光纤中。 ;(3)信号探测装置 信号探测装置主要有两个光电探测器组成，作用是探测到从两个气室中出来的光，将光信号转换成电信号，本实验中使用的光纤是9/125 um单模光纤，光电检测器件；光电检测器件采用的是WTD公司的PFTM912高灵敏度InGaAs平面结构PIN探测器。具有价格低、灵敏度高、响应速度快、使用简单等特点。 (4)信号处理装置 信号处理装置主要是将电信号经由前置放大器放大，经由带通滤波器滤波最后经由锁相放大器放大后，所???的信号用以作为数据采集卡的输入信号。 （5）数据采集装置 本部分主要使用PCI-2006数据采集卡来完成A/D转换的工作 (6）数据处理与显示装置 数据处理与显示装置主要是使用Labview软件平台完成，该部分主要是系统的软件设计。; (4)信号处理装置 信号处理装置主要是将电信号经由前置放大器放大，经由带通滤波器滤波最后经由锁相放大器放大后，所得的信号用以作为数据采集卡的输入信号。 （5）数据采集装置 本部分主要使用PCI-2006数据采集卡来完成A/D转换的工作 (6）数据处理与显示装置 数据处理与显示装置主要是使用Labview软件平台完成，该部分主要是系统的软件设计。;3.2硬件电路;前置放大电路要保证信号的可靠放大，这关系到所有的后继处理过程。传送过来的微弱信号中，有用信号淹没在噪声信号中，因此要根据输入信号的噪声特性来设计前放电路。本系统中前置放大电路使用了Analog Device公司的产品AD549作为运放。AD549是用JFET技术制作的单运算放大器，具有很多优良性能，在弱光检测中得到了很好的应用，具体电路如下：;系统中需要对宽带光源进行滤波以提取不同频率成分的参考光和工作光，该部分利用了高精度、低噪声的运放，及选取了精度较高的电容、电阻实现了对红外探测器输出微弱信号的检测，实际上它是一个具有高增益和选频功能的放大电路，只对某一窄带频率范围内具有最佳的放大功能，这个带宽可以达到小于2Hz。;锁相放大器的工作原理是在固定的参考频率上，将与参考信号同频同相的有用信号提取出来并放大。从而达到提取微弱信号，很好的改善信噪比的作用，框图如下：;在锁相放大器中，相敏检波器(PSD)起着关键的作用。PSD实际上是模拟乘法器，实际电路中采用AD630完成开关乘法功能。;移相电路是锁相放大器电路的一个重要环节，因为信号经前置放大电路、滤波电路等信号处理单元后，一定有相位延迟，为得到信号的最大值，参考信号与信号应同相或反相。 ;数据采集部分采用PCI2006数据采集卡，PCI2006板上装有14Bit分辨率的A/D转换器和12位D/A转换器。为用户提供了16 双/32单的模拟输入通道和2 路模拟输出通道。输入信号幅度可以经程控增益仪表放大器调到合适的范围，保证最佳转换精度。 ;　　　4.1 系统软件设计;本次设计用到的是数学计算以及数字滤波部分，对采集到的与瓦斯浓度有关的电信号进行计算处理，得到具体的瓦斯浓度值。L