的用于調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速采集和信號處理系統(tǒng)的組成如圖1所不，所述系統(tǒng)包括:第一激光器I，第二激光器2，第一分光器3，第二分光器4，被測氣體5，反光器6，第一探測器7，第二探測器8，第三探測器9，第四探測器10，激光器驅(qū)動模塊11，電源管理模塊12，信號處理模塊13，顯示模塊14，A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊15，上位機16。
[0032]激光器驅(qū)動模塊11同時產(chǎn)生2路激光器所需的驅(qū)動信號分別送至第一激光器I和第二激光器2 ;第一激光器I和第二激光器2發(fā)出兩種不同波長的單色光，分別送至第一分光器3和第二分光器4，每個分光器都輸出兩路信號:一路通過被測氣體5后，投射到反光器6，反射后再次反向通過被測氣體5，并由第一探測器7和第二探測器8進行檢測；一路直接送到第三探測器9和第四探測器10 ;第一?四探測器7?10將輸入的激光信號進行光電轉(zhuǎn)換后送至信號處理模塊13 ;信號處理模塊13對第一?四探測器7?10輸出的信號進行處理，消除在信號傳輸過程中產(chǎn)生的干擾信號，同時得到所需要的諧波信號，并輸出至A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊15 ;A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊15將信號處理模塊13輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進行濃度計算，一路傳送到上位機16進行分析運算，一路送顯示模塊14對氣體濃度進行實時顯示；電源管理模塊12按照各模塊對電壓信號的需求，為不同模塊提供各正常運行所需要的電壓。其中，
[0033]第一、二激光器1、2:均采用能產(chǎn)生線寬遠小于被測氣體5單吸收譜線寬度的DFB激光器。
[0034]反射器6，用于反射經(jīng)過被測氣體5的單色光，反射經(jīng)過被測氣體后直接被探測器7和探測器8探測。
[0035]第一?四探測器7?10:第三、四探測器9、10用于探測激光器發(fā)出的單色光的原始光強信號，第一、二探測器7和探測器8用于探測激光器發(fā)出的單色光經(jīng)過被測氣體后的光強信號。通過這4路探測器得到的光強信號可以進行處理、計算，并得到被測氣體的濃度。4個探測器均采用工作波段與所述激光器發(fā)射波段相對應的PIN光電二極管。
[0036]激光器驅(qū)動模塊11，主芯片采用的是AT89C52，能夠產(chǎn)生兩種信號:一種是低頻鋸齒波信號，主要用于對激光器進行驅(qū)動；一種是用于對鋸齒波信號進行波長調(diào)制的高頻正弦信號。將這兩種信號進行疊加后驅(qū)動激光器將會使第一激光器和第二激光器同時產(chǎn)生兩種不同波長的的單色光，并且產(chǎn)生的單色光的抗干擾能力增強。
[0037]電源管理模塊12，將會提供給整個系統(tǒng)正常工作所需要的±12V、±5V和3.3V電壓。
[0038]信號處理模塊13，用于對探測器探測到的信號進行前置放大、低通濾波、放大、帶通濾波、鎖相放大來獲得我們要測的信號。前置放大電路實現(xiàn)對探測器探測到的微弱信號進行放大，接下來進行低通濾波，去除掉噪聲信號。通過帶通濾波濾除我們所需要的一次諧波和二次諧波信號，隨后對二次諧波進行鎖相放大得到我們計算氣體濃度所需要的信號。
[0039]A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊15:主控芯片采用TI的32位高性能浮點DSP芯片TMS320F28335，能夠同時對4路探測器信號進行同時采樣，并完成氣體濃度計算。其采樣精度為12位，最高采樣頻率為12.5MHz ;具有內(nèi)置AD采樣和外置AD采樣兩種采樣方式，并具有較寬的采樣范圍:內(nèi)置AD支持采樣范圍為O?3V，外置AD采樣范圍為-1OV?10V。
[0040]上位機16，用于將A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊15的采樣信號進行存儲，并且對長時間采樣后存儲的大數(shù)據(jù)進行處理和算法分析。
[0041]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用2路激光器同時發(fā)射單色光，實現(xiàn)對兩種不同氣體的濃度進行同時檢測，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:第一激光器(I)，第二激光器(2)，第一分光器(3)，第二分光器(4)，被測氣體(5)，反光器(6)，第一探測器(7)，第二探測器(8)，第三探測器(9)，第四探測器(10)，激光器驅(qū)動模塊(11)，電源管理模塊(12)，信號處理模塊(13)，顯示模塊(14)，A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊(15)，上位機(16)； 激光器驅(qū)動模塊(11)同時產(chǎn)生2路激光器所需的驅(qū)動信號分別送至第一激光器(I)和第二激光器(2);第一激光器(I)和第二激光器(2)發(fā)出兩種不同波長的單色光，分別送至第一分光器(3)和第二分光器(4)，每個分光器都輸出兩路信號:一路通過被測氣體(5)后，投射到反光器(6)，反射后再次反向通過被測氣體(5)，并由第一探測器(7)和第二探測器⑶進行檢測；一路直接送到第三探測器(9)和第四探測器(10);第一?四探測器(7?10)將輸入的激光信號進行光電轉(zhuǎn)換后送至信號處理模塊(13);信號處理模塊(13)對第一?四探測器(7?10)輸出的信號進行處理，消除在信號傳輸過程中產(chǎn)生的干擾信號，同時得到所需要的諧波信號，并輸出至A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊(15) ;A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊(15)將信號處理模塊(13)輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進行濃度計算，一路傳送到上位機(16)進行分析運算，一路送顯示模塊(14)對氣體濃度進行實時顯示；電源管理模塊(12)按照各模塊對電壓信號的需求，為不同模塊提供各正常運行所需要的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第一激光器(I)和第二激光器(2)均采用能產(chǎn)生線寬遠小于被測氣體(5)單吸收譜線寬度的DFB激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊(15)的主控芯片采用的是TI的32位高性能浮點DSP芯片TMS320F28335，能夠同時對4路探測器信號進行同時采樣，并完成氣體濃度計算。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊(15)的采樣精度為12位，最高采樣頻率為12.5MHz ； 所述A/D采樣模塊(15)具有兩種采樣方式:內(nèi)置AD采樣和外置AD采樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4任意一項所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊(15)具有較寬的采樣范圍:內(nèi)置AD支持采樣范圍為O?3V，外置AD采樣范圍為-1OV?10V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第三探測器(9)第四和探測器(10)用于探測激光器發(fā)出的單色光的原始光強信號，第一探測器(7)和探第二測器(8)用于探測激光器發(fā)出的單色光經(jīng)過被測氣體(5)后的光強信號；這4路探測器得到的光強信號經(jīng)信號與數(shù)據(jù)處理后得到被測氣體(5)的濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述4個探測器(7?10)均采用工作波段與所述激光器發(fā)射波段相對應的PIN光電二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器驅(qū)動模塊(11)選用AT89C52芯片；該芯片能夠產(chǎn)生5Hz的鋸齒波和5KHz的正弦波信號；所述鋸齒波信號用于驅(qū)動第一、二激光器(1、2)，所述正弦波信號用于對第一、二激光器(1、2)進行波長調(diào)制；所述正弦波和鋸齒波疊加后輸出至第一、二激光器(1、2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊(13)由前置放大電路、低通濾波電路、帶通濾波電路和鎖相放大電路組成；首先對輸入信號進行低通濾波和前置放大，消除信號在傳輸過程中產(chǎn)生的干擾信號，隨后進行帶通濾波得到一次諧波和二次諧波信號，并對二次諧波信號進行鎖相放大得到直流分量；最后輸出一次諧波和二次諧波的直流分量，并送至A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊(15)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理模塊(12)采用4個XZR0OT12電源模塊，為系統(tǒng)提供所需的±12V、±5V 和 3.3V 電壓。
【專利摘要】本實用新型涉及一種調(diào)諧二極管吸收光譜的多通道高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：第一、二激光器，第一、二分光器，被測氣體，反光器，第一～四探測器，激光器驅(qū)動模塊，電源管理模塊，信號處理模塊，顯示模塊，A/D采樣及數(shù)據(jù)處理模塊，上位機。第一、二激光器發(fā)出兩種不同波長的單色光，并同時照射被檢測氣體。原始單色光和經(jīng)過被檢測氣體的單色光同時送到探測器后轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信號處理、A/D采樣及數(shù)據(jù)處理得到被測氣體濃度，一路送上位機進行分析運算，一路送顯示模塊實時顯示氣體濃度。本實用新型解決了現(xiàn)有檢測設(shè)備只能同時對一種氣體進行檢測的問題；同時利用高速、高精度浮點DSP解決了采樣速率低、采樣精度差等問題。
【IPC分類】G01N21-39
【公開號】CN204556499
【申請?zhí)枴緾N201520135428
【發(fā)明人】董大明, 鄭文剛, 郎筠, 杜曉凡, 韓鵬程, 李文龍
【申請人】北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月10日