用于CO气体TDLAS检测系统的复合信号发生电路研制
发布时间：2021-04-08 03:20
CO是工业生产和尾气排放过程中的一种重要气体。针对CO气体TDLAS检测系统,设计了一种复合信号发生电路。该电路采用STM32控制AD9106生成激光器调制所需的1路正弦波及锁相放大正交检测所需的2路相位差90度的正交方波,用于CO气体TDLAS检测系统。经实际电路测试,该电路工作稳定,生成信号有较高的精度和稳定性,可以满足CO气体检测系统需求,同样适用于其它的TDLAS气体检测系统。
【文章来源】：激光杂志. 2020,41(09)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
系统总体框图
采用ST公司生产的STM32F105RCT6处理器作为主控，该芯片支持Thumb-2指令集，嵌套矢量中断，具有丰富的外设和多种通信接口。STM32F105具有低成本，低功耗等优点，在控制和嵌入式设备等领域应用十分广泛，能够满足本电路设计需求，主控器的原理图如图2所示。电路中使用STM32F105主控芯片的SPI接口，控制AD9106生成1路正弦波以及2路频率为正弦波2倍，相位差90°的正交方波。主控芯片可以和上位机进行通信实现电路的控制，通过自定义的串口命令，可以控制输出信号的开始、停止，设置信号的幅度和频率等参数。上电后，主控芯片会对AD9106进行初始化，输出默认的信号，若收到上位机命令，会执行相应的操作，改变输出信号状态。
TDLAS气体检测系统工作时，需要信号发生电路产生1路正弦调制信号叠加到另一路扫描信号上，驱动激光器产生特定频率的光束，通过测量气体对激光的选择性吸收来获取气体浓度，同时还需要两路频率为方波2倍的正交方波实现锁相放大检测功能。信号的精度和稳定性对检测系统精度有着直接的影响，为了满足检测系统的需求，采用美国ANALOG DE-VICE公司生产的AD9106芯片来实现多路信号的生成[11]。AD9106具有4路输出通道，内置SRAM，直接数字频率合成器，锯齿波发生器等模块。片内DDS支持12位精度、最高180 MHz的正弦波输出，带24位调谐字，可以任意设置相位。内置模式存储器可存储用户自定义波形。该芯片有4路输出通道，每个通道可以独立选择输出信号类型，设置输出信号频率、幅度、相位等参数。主控可以通过SPI接口芯片连接该芯片，进行芯片参数的设置[12]。AD9106电路图如图3所示。系统上电后，主控器对AD9106进行复位操作，然后进行初始化，设置时钟频率、初始频率、串口传输模式，选择不同通道输出的信号类型，初始的频率、相位、幅度等参数，然后启动信号的输出。当接收到新的命令后，可以实时更改输出信号的参数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9914的频率合成信号源设计与实现[J]. 季忠健. 舰船电子工程. 2019(11)
[2]808 nm宽条型激光器绝热封装改善慢轴光束质量（英文）[J]. 赵碧瑶,井红旗,仲莉,刘翠翠,刘素平,马骁宇. 发光学报. 2019(11)
[3]TDLAS技术对SF6背景下痕量CO气体的测量[J]. 唐峰,刘顺桂,吕启深,李新田,赫树开,曾晓哲,岳运奇. 河南化工. 2019(10)
[4]通过标气校验和支持向量机提高光谱保真度的应用[J]. 季文海,宋迪,吕晓翠,李国林. 光学精密工程. 2019(10)
[5]基于FPGA的多串口传输电路设计及验证[J]. 颜世威,冯冲,施展. 数字技术与应用. 2019(09)
[6]用于高精度测量位移等参量的光纤多波长激光器[J]. 王韵致,谢芳,陈龙辉,李明佳,徐海波. 光学精密工程. 2019(09)
[7]基于MSP430单片机的手持式CO检测仪设计[J]. 景蕾. 农业技术与装备. 2019(08)
[8]LD侧面泵浦Nd∶YVO4高重频紫外激光器[J]. 崔建丰,岱钦,邬小娇,李福玖,李业秋,乌日娜,杨帆. 发光学报. 2019(08)
[9]种子呼吸CO2浓度检测系统[J]. 贾良权,祁亨年,胡文军,赵光武,阚瑞峰. 光学精密工程. 2019(06)
[10]矿井瓦斯/空气预混气体爆燃的激光纹影测试系统设计[J]. 胡洋,尹尚先,ARNTZENJ.Bj?rn,朱建芳,李雪冰. 光学精密工程. 2019(05)
本文编号：3124750
【文章来源】：激光杂志. 2020,41(09)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
系统总体框图
采用ST公司生产的STM32F105RCT6处理器作为主控，该芯片支持Thumb-2指令集，嵌套矢量中断，具有丰富的外设和多种通信接口。STM32F105具有低成本，低功耗等优点，在控制和嵌入式设备等领域应用十分广泛，能够满足本电路设计需求，主控器的原理图如图2所示。电路中使用STM32F105主控芯片的SPI接口，控制AD9106生成1路正弦波以及2路频率为正弦波2倍，相位差90°的正交方波。主控芯片可以和上位机进行通信实现电路的控制，通过自定义的串口命令，可以控制输出信号的开始、停止，设置信号的幅度和频率等参数。上电后，主控芯片会对AD9106进行初始化，输出默认的信号，若收到上位机命令，会执行相应的操作，改变输出信号状态。
TDLAS气体检测系统工作时，需要信号发生电路产生1路正弦调制信号叠加到另一路扫描信号上，驱动激光器产生特定频率的光束，通过测量气体对激光的选择性吸收来获取气体浓度，同时还需要两路频率为方波2倍的正交方波实现锁相放大检测功能。信号的精度和稳定性对检测系统精度有着直接的影响，为了满足检测系统的需求，采用美国ANALOG DE-VICE公司生产的AD9106芯片来实现多路信号的生成[11]。AD9106具有4路输出通道，内置SRAM，直接数字频率合成器，锯齿波发生器等模块。片内DDS支持12位精度、最高180 MHz的正弦波输出，带24位调谐字，可以任意设置相位。内置模式存储器可存储用户自定义波形。该芯片有4路输出通道，每个通道可以独立选择输出信号类型，设置输出信号频率、幅度、相位等参数。主控可以通过SPI接口芯片连接该芯片，进行芯片参数的设置[12]。AD9106电路图如图3所示。系统上电后，主控器对AD9106进行复位操作，然后进行初始化，设置时钟频率、初始频率、串口传输模式，选择不同通道输出的信号类型，初始的频率、相位、幅度等参数，然后启动信号的输出。当接收到新的命令后，可以实时更改输出信号的参数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9914的频率合成信号源设计与实现[J]. 季忠健. 舰船电子工程. 2019(11)
[2]808 nm宽条型激光器绝热封装改善慢轴光束质量（英文）[J]. 赵碧瑶,井红旗,仲莉,刘翠翠,刘素平,马骁宇. 发光学报. 2019(11)
[3]TDLAS技术对SF6背景下痕量CO气体的测量[J]. 唐峰,刘顺桂,吕启深,李新田,赫树开,曾晓哲,岳运奇. 河南化工. 2019(10)
[4]通过标气校验和支持向量机提高光谱保真度的应用[J]. 季文海,宋迪,吕晓翠,李国林. 光学精密工程. 2019(10)
[5]基于FPGA的多串口传输电路设计及验证[J]. 颜世威,冯冲,施展. 数字技术与应用. 2019(09)
[6]用于高精度测量位移等参量的光纤多波长激光器[J]. 王韵致,谢芳,陈龙辉,李明佳,徐海波. 光学精密工程. 2019(09)
[7]基于MSP430单片机的手持式CO检测仪设计[J]. 景蕾. 农业技术与装备. 2019(08)
[8]LD侧面泵浦Nd∶YVO4高重频紫外激光器[J]. 崔建丰,岱钦,邬小娇,李福玖,李业秋,乌日娜,杨帆. 发光学报. 2019(08)
[9]种子呼吸CO2浓度检测系统[J]. 贾良权,祁亨年,胡文军,赵光武,阚瑞峰. 光学精密工程. 2019(06)
[10]矿井瓦斯/空气预混气体爆燃的激光纹影测试系统设计[J]. 胡洋,尹尚先,ARNTZENJ.Bj?rn,朱建芳,李雪冰. 光学精密工程. 2019(05)
本文编号：3124750
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