基于TDLAS-WMS激光检测气体含量的一种调制解调装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于TDLAS

【技术实现步骤摘要】
基于TDLAS
‑
WMS激光检测气体含量的一种调制解调装置


[0001]本专利技术涉及物质浓度检测
，特别是属于基于TDLAS
‑
WMS激光检测气体含量的一种调制解调装置。

技术介绍

[0002]基于TDLAS
‑
WMS技术的激光检测气体浓度设备中，包含信号源、锁相解调器、激光控制器、激光器和光电探测器五个部件，在实验室的测试中可以使用大仪器平台进行调试，例如常见的泰克AFG31000函数发生器和SR830锁相放大器，实际设备产品化缺乏普适性的各个大仪器模块小型嵌入式替代产品。与此同时在开放环境中实际测量过程往往存在大量物理噪声干扰，譬如各种复杂工业生产环境中温湿度多变性和电磁噪声强噪声干扰，导致微弱的吸收光谱信号中夹杂着大量的噪声，进而使整个检测设备性能受到较大的影响。
[0003]调制解调装置主体包含信号调制部分和信号解调部分，即信号调制为将两个不同频率信号合成给激光器进行载波；信号解调为给吸收光谱信号进行解调获取其具有浓度信息的谐波，而市场上一般的调制解调器不具备前级信号滤波适应各种环境，信号调制范围较小不能使用各中不同功率激光器，以及仅能产生二次谐波，难以满足浓度反演高精度需求。因此，一款更具普适性的小型光谱检测调制解调板卡显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]鉴于所述，本申请的目的在于提供一种调制解调装置，实现了一种高集成度、吸收光谱采集前级可选滤波种类、最多可控制两路激光器、N次谐波可选输出、以及可与上位机进行交互的光谱检测调制解调装置，解决不具备前级信号滤波适应各种环境，不具有普适性的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下方案：
[0006]基于TDLAS
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WMS技术检测气体含量的一种调制解调装置，包括主控模块、信号输出模块、信号采集模块和外部交互模块；
[0007]所述主控模块包含FPGA、ARM和DDR，所述主控模块和信号输出模块连接用于输出数字信号，所述主控模块和信号采集模块连接用于接受转换的数字信号，所述主控模块和交互模块连接用于和外部设备进行通讯，所述FPGA和ARM集成于主控芯片中，所述FPGA端用于TDLAS
‑
WMS技术信号调制给信号输出模块和吸收光谱信号解调得到携带检测气体浓度信息的谐波通过BlockRAM缓存提供给ARM进行待测气体含量分析，所述ARM端用于控制谐波信号浓度特征提取并传输至外部交互模块、外部模块控制和控制检测数据往DDR里面存取。可选地，所述信号输出模块由两路数字信号转模拟信号电路和两路模拟信号差分转单端电路组成，所述主控模块和数字信号转模拟信号电路连接。
[0008]可选地，所述信号采集模块由两路可选通信号调理电路、两路单端转差分电路和两路模拟信号转数字信号电路组成。
[0009]可选地，所述外部交互模块由串口交互模块、以太网交互模块和光耦交互模块组
成，所述串口交互模块和主控模块连接，所述以太网交互模块和主控模块连接，所述光耦交互模块和主控模块连接。
[0010]可选地，所述数字信号转模拟信号电路和模拟信号差分转单端电路连接并输出至SMA1和SMA2接口，所述SMA1和SMA2接口将信号输出给两个激光控制器，两路光电探测器将接收到的气体吸收光谱信号传输至装置SMA3和SMA4接口，所述SMA3和SMA4接口和两路可选通信号调理电路连接，两路可选通信号调理电路和两路单端转差分电路连接，两路单端转差分电路和两路模拟信号转数字信号电路连接，最后两路模拟信号转数字信号电路和主控模块连接。
[0011]可选地，所述可选通信号调理电路包含信号放大电路、二阶有源低通滤波电路、二阶有源高通滤波电路和搬移电路，信号调理电路依次串级连接，以0欧电阻对四块电路进行并联选通。
[0012]可选地，所述数字信号转模拟电路使用一块核心DA芯片，所述DA芯片为双通道14Bit位宽高精度信号输出，2V幅值信号输出范围，最小分辨率为0.122mV，最高支持125MSPS更新速率，所述模拟信号转数字信号电路使用一块AD核心芯片，所述AD芯片为双通道14Bit位宽高精度信号采集，2V幅值信号采集范围，最小分辨率为0.122mV，最高支持65MSPS更新速率。
[0013]可选地，所述信号放大电路，采用的是正向放大电路，信号放大倍数为所述低通滤波电路，采用的是二阶有源低通滤波电路，其信号放大倍数为1，截止频率为所述高通滤波电路，采用的是二阶有源高通滤波电路，其信号放大倍数为1，截止频率为所述搬移电路的信号搬移量为Vref。
[0014]可选地，所述串口交互模块可以和所述主控模块的PFGA和ARM分时复用。
[0015]可选地，所述光耦交互模块为外部设备24V以内控制信号对本调制解调装置进行控制或者为本调制解调装置对外部24V电压以内设备进行控制。
[0016]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0017]本申请中涉及集成化TDLAS
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WMS技术光谱检测过程中的调制解调部分，可以并行同时控制两路激光器进行相应的调制解调；设计添加了可选的模拟信号调理硬件电路部分，克服各种检测环境噪声所带来的不良影响，从而适应更多的实际应用场景；设计添加了USB接口、千兆以太网接口和光耦控制部分极大提升了用户客观性及可控制性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图；
[0019]图1是光谱检测待测物体含量总体工作流程框图；
[0020]图2是基于TDLAS
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WMS技术的并行调制解调装置结构框图；
[0021]图3是基于TDLAS
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WMS技术的并行调制解调装置总体架构图；
[0022]图4是信号采集模块中的选通信号调理电路图；
[0023]图5是强电磁工业产线中光电探测器的原始吸收光谱信号、产线通电后光电探测器的吸收光谱信号、经过可选信号调理电路低通滤波后的吸收光谱信号。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0025]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于TDLAS
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WMS技术检测气体含量的一种调制解调装置，包括主控模块、信号输出模块、信号采集模块和外部交互模块；其特征在于，所述主控模块包含FPGA、ARM和DDR，所述主控模块和信号输出模块连接用于输出数字信号，所述主控模块和信号采集模块连接用于接受转换的数字信号，所述主控模块和交互模块连接用于和外部设备进行通讯，所述FPGA和ARM集成于主控芯片中，所述FPGA端用于TDLAS
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WMS技术信号调制给信号输出模块和吸收光谱信号解调得到携带检测气体浓度信息的谐波通过BlockRAM缓存提供给ARM进行待测气体含量分析，所述ARM端用于控制谐波信号浓度特征提取并传输至外部交互模块、外部模块控制和控制检测数据往DDR里面存取。2.根据权利要求1所述的基于TDLAS
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WMS技术检测气体含量的一种调制解调装置，其特征在于，所述信号输出模块由两路数字信号转模拟信号电路和两路模拟信号差分转单端电路组成，所述主控模块和数字信号转模拟信号电路连接。3.根据权利要求1所述的基于TDLAS
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WMS技术检测气体含量的一种调制解调装置，其特征在于，所述信号采集模块由两路可选通信号调理电路、两路单端转差分电路和两路模拟信号转数字信号电路组成。4.根据权利要求1所述的基于TDLAS
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WMS技术检测气体含量的一种调制解调装置，其特征在于，所述外部交互模块由串口交互模块、以太网交互模块和光耦交互模块组成，所述串口交互模块和主控模块连接，所述以太网交互模块和主控模块连接，所述光耦交互模块和主控模块连接。5.根据权利要求1所述的基于TDLAS
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WMS技术检测气体含量的一种调制解调装置，其特征在于，所述数字信号转模拟信号电路和模拟信号差分转单端电路连接并输出至SMA1和SMA2接口，所述SMA1和SMA2接口将信号输出给两个激光控制器，两路光电探测器将接收到的气体吸收光谱信号传输至装置SMA3和SMA4接口，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗旗舞，赵志明，阳春华，王一博，桂卫华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：