可编程门阵列WM-TDLAS气体检测系统设计及应用

O433; 本文基于可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)快速处理数字信号及多线程优势,结合波长调制可调谐半导体激光吸收光谱(WM-TDLAS)技术,研制可编程门阵列WM-TDLAS二氧化碳浓度检测系统.根据应用功能需求,利用FPGA芯片的逻辑门阵列可编程特性,设计了具备信号采集及调制、谐波解调功能的数字化锁相放大器(digital lock-in amplifier,DLIA).为验证其性能进行谐波提取测试、Q值、抗噪声实验,结果表明目标频率提取线性度达99.99%,Q值可达45.在对不同信噪比信号进行谐波提取实验中,当信噪比为43 dB时,...

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Published in光电工程 Vol. 51; no. 4; pp. 中插6 - 80
Main Authors 张鑫, 邱海峰, 兰嘉琪, 胡琴, 张贺
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,吉林长春 130022 2024
Subjects
wavelength modulation spectrum
波长调制光谱
气体检测
programmable gate array
可编程逻辑门阵列
spectroscopy
gas detection
digital lock-in amplifier
数字锁相放大器
光谱学
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ISSN1003-501X
DOI10.12086/oee.2024.240022

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Summary:O433; 本文基于可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)快速处理数字信号及多线程优势,结合波长调制可调谐半导体激光吸收光谱(WM-TDLAS)技术,研制可编程门阵列WM-TDLAS二氧化碳浓度检测系统.根据应用功能需求,利用FPGA芯片的逻辑门阵列可编程特性,设计了具备信号采集及调制、谐波解调功能的数字化锁相放大器(digital lock-in amplifier,DLIA).为验证其性能进行谐波提取测试、Q值、抗噪声实验,结果表明目标频率提取线性度达99.99%,Q值可达45.在对不同信噪比信号进行谐波提取实验中,当信噪比为43 dB时,均值最大相对误差仅为0.91%.采用中心波长1572 nm分布式反馈激光器作为光源,覆盖选定的6360 cm-1 处吸收线,密集多通气体吸收池有效光程14 m,开展了气体浓度检测实验.系统检测浓度与二次谐波幅值拟合线性度为99.982%,通过提升扫描波长频率,系统可在0.1 s获取浓度值.艾伦(Allan)方差结果表明,当积分时间为44 s时,系统的检测下限为1.86 ppm.实验结果表明,该可编程门阵列WM-TDLAS检测系统具有检测精度高、响应速度快、稳定性强和小型化的特点,可用于实际应用中浓度实时监测.
ISSN:1003-501X
DOI:10.12086/oee.2024.240022