TDLAS技术的CO检测系统VCSEL激光光源驱动电路设计

针对单光路的CO检测系统,采用LPC51U68为微控制器,以开定时器的方式,配合ADS7817采集的光电探测器的反馈信号,实现对背景噪声的扣除。配合AD5662和AD9854设计了一款VCSEL激光器的驱动电路。信号叠加由AD8622完成,经LT1077压控恒流源进行高精度V-I转换,实际转换误差小于0.3%。通过实验数据对驱动电路的性能指标进行了分析,证明该驱动电路满足VCSEL激光器的驱动需求。该驱动电路同样适用于其它单光路TDLAS气体检测系统的精度提升,具有较高的灵活性和实用性。     

TDLAS检测系统的ARM主控型激光驱动电路的设计

可调谐激光二极管吸收光谱技术(TDLAS)是一种利用激光二极管的波长扫描和电流调谐特性对气体进行测量的技术,具有高选择性、高分辨率、高反应速度、高灵敏度等优点。TDLAS检测系统通常基于谐波检测的原理,通过高频调制某个依赖于频率的信号,使其扫过待测气体的吸收峰,再以调制频率的倍频作为参考信号进行信号处理。为了满足TDLAS检测系统对激光器驱动的需要,本文以ARM7系列的LPC2138为主控器,通过将DAC8830产生的锯齿波扫描信号和AD9958产生的一路正弦调制信号进行叠加,来实现TDLAS检测系统激光器的驱动。     

基于TDLAS技术与小波变换去噪算法的甲烷浓度检测

为进一步提高甲烷浓度检测精度,搭建了基于TDLAS（tunable diode laser absorption spectroscopy）技术的甲烷浓度检测实验系统,利用甲烷在波长1653.72 nm处吸收强度很高且可以最大限度消除其他气体干扰的特性,通过提取二次谐波信号实现甲烷浓度检测。然后分别采用heursure硬阈值算法、heursure软阈值算法和sqtwolog固定阈值算法作为小波变换阈值算法,通过分析未去噪及小波变换去噪处理后得到的甲烷吸收信号谱图、甲烷二次谐波信号谱图、甲烷吸收信号的信噪比和均方根误差,优选sqtwolog固定阈值算法作为小波变换阈值算法。不同浓度的甲烷标气线性拟合实验及特定浓度的甲烷标气重复性实验结果表明:通过小波变换（采用sqtwolog固定阈值算法）能有效降低噪声干扰,去噪处理后提取的二次谐波信号与甲烷真实浓度拟合优度R2为0.984,拟合效果更佳。采用TDLAS技术结合小波变换去噪算法,实现甲烷浓度检测的同时也能提高甲烷浓度检测精度。     

采用LPC55S69的CO激光气体检测无线传输系统的研制

CO气体作为一种还原剂在工业冶金等场景中广泛应用,对于CO的检测在工业生产、大气监测、中毒预警中是十分重要的.TDLAS技术能够高效准确地检测特定气体浓度,基于TDLAS技术的CO气体检测相较于传统检测方法优势明显.本设计采用LPC55S69作为主控,VCSEL激光器作为核心光源实现TDLAS的CO气体检测.随着检测环...     

半导体激光器在氧气探测中的应用及关键技术

氧气探测在工业、医疗等诸行业都有重要意义。本文简述了近几年发展起来的TD-LAS技术之特点及优势,评述了各种半导体激光器作为激发光源用于TDLAS技术进行氧气探测的性能,着重讨论了在氧气探测方面具有发展前景和竞争优势的DFB和VCSEL结构激光器光源的应用和进展。     

TDLAS氧气检测系统设计及背景噪声在线消除

将可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术用于氧气(O2)浓度在线检测。以垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)为系统光源,采用对射式结构,测量光程为60cm,选用760nm附近O2吸收谱线,实现O2浓度实时测量。连续72h测量表明,系统在短时间内具有较好的测量精度,长时间(大于4h)测量结果存在缓慢漂移。在对一次谐波(1F)信号均值和二次谐波(2F)信号峰值变化趋势分析的基础上,讨论了背景噪声随测量环境变化引起的测量误差;并在背景噪声幅频特性不变的前提下,利用最大互相关算法实时扣除背景噪声。5%浓度O260h测试发现,扣除背景噪声后,系统的最大相对测量误差由3.20%减小为1.82%,测量精度提高近1倍。     

用于CO激光TDLAS型气体检测系统的光电检测电路研制

准确检测C0浓度对环境保护和安全生产具有重要的意义,TDLAS技术是一种高效、高精度的CO气体浓度检测方案.设计了一种用于C0激光TDLAS型气体检测系统的光电检测电路.CO气体选择性吸收由激光器发出的特定波长信号,而后光信号经过光电探测电路转换为有效的电压信号,运用TLC4545模数转换芯片进行数据采集,并将其发送到...     

基于数字信号处理器的激光光谱瓦斯监测系统

利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,选择不受干扰的1653.72nm波长处的吸收线监测煤矿瓦斯浓度,并结合了高性能的数字信号处理器(DSP)和二次谐波检测技术,进一步降低了检测限,使检测限低于0.074mg/m3,实现了对瓦斯浓度高稳定性和高灵敏度的实时测量。     

非合作目标高精度激光甲烷遥测参数仿真分析与实验研究

针对非合作目标激光甲烷遥测系统测量误差大、精度低和抗干扰能力差等问题,基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)技术和波长调制光谱(wavelength modulation spectroscopy, WMS)技术,利用simulink软件建立一套甲烷积分浓度遥测仿真系统。采用归一化二次谐波检测技术去除环境干扰。仿真分析了正弦波频率和调制系数m对归一化二次谐波信号的影响,结果表明,m=2.2为最佳调制系数,正弦波频率的大小对归一化二次谐波信号无影响,确定了甲烷积分浓度检测的有效范围为0—2000 ppm·m,在该范围内,系统仿真的误差为-3.57%—4.06%。根据仿真结果对遥测仪进行了相关参数优化和实验研究与分析,结果表明系统测量误差为-4.68%—2.45%,采用Allan方差分析方法对系统的稳定性和检测限进行评估,该系统5 s积分时间内的检测下限为37.85 ppm·m,最佳积分时间为345 s,对应的检测下限为6.27 ppm·m。该研究结果对高精度激光甲烷遥测系统研发具有重要的意义。     

TDLAS技术气体检测二次谐波信号的仿真与分析

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节,吸收信号的二次谐波分量携带气体浓度信息,用于计算气体浓度。利用MATLAB对气体检测过程进行了信号仿真,并利用数字锁相放大算法提取了二次谐波信号,验证了二次谐波与气体浓度的关系。通过仿真分析了二次谐波信号随调制系数的变化关系,以便确定较佳的调制参数,为后续系统搭建与气体检测实验提供参考。     

基于CPT原子钟的VCSEL激光器控制系统设计

设计基于原子相干布居俘获原理(CPT)的原子钟系统中垂直腔面发射激光器(VCSEL)控制器,其包括20 mA量程、低噪声、精密直流稳流电源、介绍VCSEL控制系统组成和工作原理,并时VCSEL激光器系统进行了测试分析.结果表明.该控制系统可以实现单模态、窄线宽及低功耗稳定光源,对CPT原子钟VCSEL光源应用具有参考和使用价值.     

基于TDLAS的时分复用型甲烷多点监测系统

本文设计了一种新型的甲烷多点监测系统,该系统采用分路器将光源出射光分别送至各个气室单元,利用时分复用原理让各气室信号合路传输,然后对解复用后的各路信号进行数据处理,得到待测的浓度信息,实现甲烷浓度的多点实时监控。该系统具有谐波检测技术的优点,且时分复用的引用使得线路的铺设及远程监控更加方便。该系统可实现煤矿等场所的甲烷气体的分布式监测。     

基于CPT原子钟的VCSEL激光器控制系统设计

设计基于原子相干布居俘获原理（CPT）的原子钟系统中垂直腔面发射激光器（VCSEL）控制器,其包括20mA量程、低噪声、精密直流稳流电源、介绍VCSEL控制系统组成和工作原理,并对VCSEL激光器系统进行了测试分析。结果表明,该控制系统可以实现单模态、窄线宽及低功耗稳定光源,对CPT原子钟VCSEL光源应用具有参考和使用价值。     

Absorption measurement of methane gas with broadband light source using fiber-optic sensor system

The absorption coefficient of methane is very important for measuring the concentration of methane.We theoretically analyzed the general expression of methane absorption coefficient for a given condition,at room temperature of 296K,and we simulated the relationship between the absorption and the wavelength of the light source.The experimental results we obtained are consistent with the simulation.The discrepancy between the experimental results and the simulation results is also discussed.