可编程门阵列WM-TDLAS气体检测系统设计及应用

作     者：张鑫 邱海峰 兰嘉琪 胡琴 张贺 Zhang Xin;Qiu Haifeng;Lan Jiaqi;Hu Qin;Zhang He

作者机构：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 

基　　金：吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20240916) 

出 版 物：《光电工程》 (Opto-Electronic Engineering)

年 卷 期：2024年第51卷第4期

页      码：77-86页

摘      要：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。

主 题 词：光谱学 可编程逻辑门阵列 波长调制光谱 数字锁相放大器 气体检测 

学科分类：07[理学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.12086/oee.2024.240022

馆 藏 号：203128212...