一种应用于痕量气体检测领域的自适应滤波系数选择技术制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于痕量气体检测领域的自适应滤波系数选择技术。该检测技术将ZOOM模块、互相关运算模块、FIFO模块、FFT模块、Control模块、FIR模块、MAX模块集成在FPGA中。当激光器穿过待测气体后，吸收光强信号被采集到FPGA中，在FPGA中通过对输入波形进行FFT运算得到用户想要的波形截止频率进而自适应选择FIR滤波系数来对输入波形数据进行自适应滤波。通过上位机显示滤波后的二次谐波以及实时计算的气体痕量浓度。计算的气体痕量浓度。计算的气体痕量浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于痕量气体检测领域的自适应滤波系数选择技术


[0001]本专利技术属于气体检测领域，更为具体地讲，涉及一种应用于痕量气体检测领域的自适应滤波系数选择技术。

技术介绍

[0002]造成温室效应及有害气体主要有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氮氧化物(NOx)及硫化物等等。这些气体主要浓度比较低，仅在ppt
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ppb量级范围，因此对于痕量气体的检测对人类及生态环境保护有着重大意义。
[0003]现有的基于中红外气体检测方法中，波长调制技术由于具有较高的噪声抑制能力因此被广泛使用，它对波长的高频进行调制并利用谐波检测技术通过锁相放大器获得吸收光谱的谐波信号，根据谐波信号的峰值检测气体的浓度。波长调制技术的关键是激光器的调谐波段的确定以及波长调谐特性，激光器的特性直接可以决定检测气体的种类以及检测系统的精度和应用领域，可分为电流调谐和温度调谐。因此对于电流调制来说，其工作过程如下：首先由直接数字频率合成模块(Direct Digital Synthesis，DDS)输出低频三角波和频率为f的高频正弦波，经过加法器叠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于痕量气体检测领域的自适应滤波系数选择技术包括ADC模块、ZOOM模块，互相关运算模块，FIFO模块，FFT模块，Control模块，FIR模块，MAX模块以及上位机，其中：ADC模块用于采集探测器接收到的光电信号，其中电压源发出的扫描信号为低频三角波信号叠加高频正弦波信号，其中三角波周期为T_t、正弦波周期为T_s。扫描信号经气体吸收后被探测器接收，探测器将检测到的气体吸收后的模拟电信号经ADC采集后转化为数字信号，其中ADC采样位宽为W位，采样率为fs。经ADC采样后的信号传输给ZOOM模块进行后续处理；ZOOM模块用于对ADC模块采集的吸收后的数据进行降采样，在该模块内契合了1级CIC进行Z倍降采样，抽点控制信号由用户通过上位机发送到Control模块，当该模块接收到Control模块发送的控制信号Zoom_start＝1后开始进行降采样，CIC除了降采样之外，还可以对探测器输入的杂波信号进行低通滤波，滤除一些高频成分，使输入波形更加平滑。经该模块降采样后的数据序列Zoom_data采样率变为fs/Z；Zoom_data分两路同时发送到互相关运算模块以及FFT模块，其中Zoom_data位宽为W位；互相关模块用于对经过气体吸收后的信号进行互相关运算，Zoom_data与该模块内存储的两路高频正余弦信号相乘，正余弦信号频率为调制正弦波频率的二倍，即2/T_s。相乘后的输出数据分别记为X_data和Y_data，其中X_data和Y_data位宽均与ADC采集后的数据位宽相同，均为W位；FIFO模块用于缓存经互相关模块进行互相关计算后的W位宽的数据序列X_data及Y_data。位宽分别为W位的X_data和Y_data拼接为位宽为2
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W的信号XY_data存入该FIFO中，FIFO位宽为2
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W，深度为D，其中D＝fs
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T_r/Z。该模块受Control模块所控制。当其接收到Control模块所产生的控制信号FIFO_start＝1后写入数据开始有效；当其接收到控制模块产生的控制信号FIFO_start＝2后输出其存储的数据序列XY_data到FIR模块进行滤波；当其接收到控制模块产生的控制信号FIFO_start＝0后该FIFO模块写入数据无效；FFT模块用于对经Zoom模块后的输出数据进行快速傅里叶变换。在该模块内信号经过FFT后产生数据FFT_tdata及有效信号FFT_valid，FFT_valid处于高电平代表该时刻对应的数值有效；FFT_tdata为输入信号在傅里叶变换后的谐波数据，其中FFT_tdata位宽为2
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W位；Control模块用于产生各种控制信号。该模块内部为一个状态机，共有4种不同的状态，分别为空闲状态IDLE、采集状态ACQ、计算状态CAL以及滤波状态FIR，在不同状态下该模块产生不同的控制信号。在上电初始阶段该状态机处于IDLE状态；当状态机工作在空闲IDLE状态时，该模块内对FIFO的计数器FIFO_count＝0，对FFT输出信号FFT_valid的周期计数器FFT_count＝0，写使能有效信号FIFO_start＝0、FIFO满信号FIFO_full＝0、FIR使能信号Fir_start＝0、FIR选择信号Fir_sel＝0且降采样有效信号Zoom_start＝0；当接收到上位机发送来的控制信号Contral_start＝1后，该模块在下一个时钟周期进入采集状态ACQ；当状态机工作在采集ACQ状态时，该Control模块发送控制信号Zoom_start＝1到ZOOM模块进行输入数据的降采样且同时发送FIFO_start＝1到FIFO模块使该模块缓存数据有效；同时该模块内的计数器FIFO_count开始计数，当FIFO_count＝D
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1时产生写满信号FIFO_full＝1，该信号保持1个周期高电平后拉低，随后该模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨云鹏，刘新楠，李奇峰，马翔云，张润泽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：