基于FPGA的锁相放大器在多组分气体检测中的应用研究
本文关键词: FPGA 锁相放大器 相关检测 多组分 出处:《西南科技大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:目前,分析变压器绝缘油中溶解的多组分气体含量是对变压器进行故障诊断的主要方法,传统的变压器绝缘油中气体检测方法存在检测精度低、灵活性低、受环境影响严重等缺点,己经不能满足当前电网安全发展的需要。光声光谱技术具有选择性好、灵敏度高、分辨率高以及无接触测量等优点,成为能够快速在线检测分析的有效方法之一。光声光谱气体检测中的光声信号十分微弱,需要运用锁相放大器对该信号进行提取。本文针对光声光谱气体检测设计一款基于FPGA的锁相放大器用于提取与气体浓度相关的光声信号。论文对锁相放大技术的相关理论进行深入阐述,包括:自相关检测技术,互相关检测技术,相敏检波原理以及锁相放大器的原理。在理论分析的基础上,设计的锁相放大器电路主要包括:信号前置放大电路、带通滤波电路、A/D转换电路、相关检测电路以及数字低通滤波电路。在对多组分气体光声光谱检测理论研究基础上将设计的数字锁相放大器应用于气体检测中。使用外腔可调谐激光器作为光源,通过流量控制器配制不同浓度比例的3种混合气体,使用锁相放大器提取了6组不同气体浓度比例的混合气体光声信号,系统对C2H2、CO2、CO的极限灵敏度分别为0.4ppm、398ppm、384ppm,并具有良好的线性度和稳定性。研究结果表明设计的锁相放大器能够准确的提取出光声信号,在光声光谱多组分气体检测领域具有良好的应用前景。
[Abstract]:At present, the analysis of dissolved multicomponent gas content in transformer insulation oil is the main method for fault diagnosis of transformer. The traditional gas detection method for transformer insulation oil has low detection accuracy and flexibility. Being seriously affected by the environment, it can not meet the needs of the current security development of the power grid. Photoacoustic spectroscopy has the advantages of good selectivity, high sensitivity, high resolution and contactless measurement. It has become one of the effective methods for fast on-line detection and analysis. The photoacoustic signal in photoacoustic spectrum gas detection is very weak. In this paper, a phase-locked amplifier based on FPGA is designed to extract the photoacoustic signal related to gas concentration. Related theories are elaborated in depth, Including: autocorrelation detection technology, cross-correlation detection technology, phase-sensitive detection principle and the principle of phase-locked amplifier. On the basis of theoretical analysis, the design of phase-locked amplifier circuit mainly includes: signal preamplifier circuit, Band-pass filter circuit A / R D conversion circuit, Correlation detection circuit and digital low-pass filter circuit. Based on the study of the theory of multicomponent photoacoustic spectrum detection, the designed digital phase-locked amplifier is used in gas detection. The tunable external cavity laser is used as the light source, and the external cavity tunable laser is used as the light source. Three kinds of mixed gases with different concentration ratio were prepared by flow controller. Six groups of mixed gas photoacoustic signals with different gas concentration ratios were extracted by phase-locked amplifier. The limit sensitivity of the system to C _ 2H _ 2C _ 2CO _ 2CO _ 2CO _ 2CO _ 2CO _ 2CO _ 2CO _ 2CO _ 2CO _ 2C _ 2H _ 2C _ 2C _ 2CO _ 2CO _ 2 CO _ 2CO _ 2CO _ 2 CO _ 2CO _ 2 CO _ 2CO _ 2 CO _ 2CO _ 2 CO _ 2CO _ 2. It has a good application prospect in the field of multicomponent gas detection by photoacoustic spectroscopy.
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN791;TN722
【共引文献】
相关期刊论文 前10条
1 于清旭,CorneliaFischer,MarkusSigrist;基于差频激光源的微量气体光声光谱检测系统[J];光电子·激光;2001年09期
2 高树国;秦九渠;刘伟;杜黎明;;光声光谱法在变压器油溶解气体检测中的应用[J];河北电力技术;2010年02期
3 刘波;姜丰;;基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体在线监测[J];华东电力;2010年02期
4 徐清超;;变电站在线监测技术的发展方向[J];红水河;2009年05期
5 赵笑笑;云玉新;陈伟根;;变压器油中溶解气体的在线监测技术评述[J];电力系统保护与控制;2009年23期
6 郭亚丽;张云怀;廖瑞金;冯运;;变压器故障在线检测技术的研究进展[J];绝缘材料;2007年02期
7 李江华;朱焕杰;;电力变压器常见故障及在线检测技术[J];绝缘材料;2008年05期
8 刘波;姜丰;;基于光声光谱技术的变压器故障在线监测系统设计[J];计算机测量与控制;2010年04期
9 彭琳峰;刘小玲;周舟;胡旭;;变压器油中溶解气体在线监测系统的应用与管理[J];湖南电力;2013年S1期
10 杨俊;杜玮;向冬冬;文正其;;变压器在线监测设备优选研究[J];电工电气;2014年10期
相关博士学位论文 前7条
1 李洋流;基于膜分离与光声光谱的绝缘油中溶解气体在线分析技术[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 彭勇;基于可调谐光纤激光器的痕量气体光声光谱检测技术研究[D];大连理工大学;2011年
3 宫兴致;宽波段微型光谱仪设计及其应用系统[D];浙江大学;2011年
4 李少成;光声光谱和腔内增强吸收光谱技术的研究与应用[D];大连理工大学;2003年
5 云玉新;基于共振光声光谱的变压器油中溶解气体在线监测原理及方法[D];重庆大学;2008年
6 张望;光声光谱微量气体检测技术及其应用研究[D];大连理工大学;2010年
7 王建伟;近红外激光光声光谱多组分气体检测技术及其医学应用[D];大连理工大学;2012年
相关硕士学位论文 前10条
1 刘飞;便携式甲烷气体检测仪[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 孙兴超;智能足球机器人运动控制研究[D];长春理工大学;2011年
3 杨晓龙;光声光谱技术中的多气体成份分析方法研究[D];大连理工大学;2003年
4 王鲲鹏;基于光纤激光器的乙炔气体近红外光声检测技术研究[D];大连理工大学;2007年
5 李洋流;基于光声光谱理论的变压器DGA技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 刘善峥;基于光纤激光器和光纤放大器的光声光谱仪[D];大连理工大学;2009年
7 郭如健;具有自校准功能的LNG气体探测器研制[D];哈尔滨理工大学;2009年
8 郭建永;甲烷气体近红外光声光谱及痕量探测技术研究[D];郑州大学;2009年
9 梁丽荣;呼出氨气光声光谱检测及医学应用研究[D];大连理工大学;2012年
10 郑健;煤矿井下瓦斯浓度红外检测及通风口开度模糊控制研究[D];东北林业大学;2012年
,本文编号:1517348
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1517348.html