硬件可重构近红外波长调制甲烷传感器及应用(特邀) |
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引用本文: | 师月崇,李亚飞,宋芳,郑传涛,王一丁.硬件可重构近红外波长调制甲烷传感器及应用(特邀)[J].光子学报,2023(10):87-98. |
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作者姓名: | 师月崇 李亚飞 宋芳 郑传涛 王一丁 |
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作者单位: | 1. 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室;2. 吉林省红外气体传感技术工程研究中心 |
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基金项目: | 国家重点研发计划(No.20213201903);;国家自然科学基金(Nos.61960206004,62175087);;吉林省科技发展计划(No.20200401059GX); |
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摘 要: | 为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑,采用现场可编程门阵列(FPGA)器件,结合波长调制光谱技术,研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求,可在硬件层面重构逻辑电路,从而更新系统工作模式和探测参数。采用流水线技术,对光谱分析算法进行了硬件加速,光谱分析部分的输入与输出之间的时间延迟仅为4.05 ms。实验分析了该传感器在连续、间歇两种工作状态下的波形与电流,证明了该系统工作模式的可重构特性,也证实了采用间歇式工作降低激光气体传感器功耗的可行性。采用正弦信号对FPGA算法部分的功能进行了测试,结果表明,测得的信号幅值与输入信号幅值的线性度达到了99.99%。采用中心波长为2 334 nm的分布式反馈激光器作为光源、光程为25 m的赫里奥特气室作为气体吸收池,开展了甲烷检测实验。传感器的线性度为99.97%,响应时间约为4.9 s。艾伦方差结果表明,当积分时间为0.5 s时,传感器的检测下限为7.8×10-6。开展的甲烷泄露实验证实了该传感器的现场应用能力。设计的FPGA算法,通过硬件编程,可实现传感器工作模式与参数的灵活重构,在激光气体传感领域具有较...
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关 键 词: | 光电检测技术 红外吸收光谱 波长调制光谱 现场可编程门阵列 气体检测 |
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