摘要：为了防止驱动电流的波动会影响半导体激光器激射波长及发光功率,设计了一款具有较强抗干扰能力的半导体激光器驱动电路。该驱动电路以深度负反馈架构为核心,通过STM32控制器调节输出电流直流信号的大小以及调制波信号的频率与幅值。对整个环路进行一阶人工分析,并且结合Tina-TI仿真引入参数可调的噪声抑制网络,保证目标设置频率下环路响应能力的同时具有较强的抗干扰能力。实验表明,该激光器电流驱动电路对目标频率10倍频程以上环路噪声的抑制可达到20 dB以上,并且对目标频率的调制波响应良好,频率的输出值与设定值最大偏差为0.001 Hz,控制线性度为0.9999,直流偏置下驱动电流2 h短期稳定度优于0.0056%,63 h长期稳定度优于0.011%,激光器功率控制线性度为0.9994,标准误差为0.09287。

摘要：煤炭资源作为主要的化石能源,在国家的经济发展中具有十分重要的地位。煤矿的高产高效是我国未来煤炭行业的发展趋势,而影响煤矿高产高效开采的主要问题是煤矿安全,其中采空区煤炭自然发火又是煤矿主要灾害之一,实时准确监测煤矿采空区主要指标气体体积分数对防治煤自燃具有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和多路复用的锁相技术,设计了一套集成度较高的多种指标性气体实时在线分析监测系统。该系统充分利用不同气体分子的“指纹”吸收谱线特征和DFB激光器的窄线宽、快速调谐的特性,通过检测目标气体的一条孤立的吸收线实现气体体积分数的快速检测,并在系统电路设计中采用多路扫描信号以及无相位误差的正弦调制信号,实现了使用一块锁相放大器,通过分时和自动切换通道对多采样点处的CH_(4),CO_(2),O_(2),CO,C_(2)H_(2)和C_(2)H_(4)等6种指标性气体体积分数同时在线监测。在实验室分别测试了系统对6种指标气体最低检测限分别为9.9×10^(-4),4.73×10^(-4),0.12%,7.2×10^(-7),1.3×10^(-6)和1.28×10^(-5),表明该系统具有较好的稳定度和较低的检测极限。并在合作煤矿通过井下束管抽采系统将采空区的进风巷和回风巷的气样,直接通入井下气体监测系统,完成实时气体体积分数现场试验验证,试验表明该系统可为煤矿安全生产和预警提供有效的数据保障,可以满足煤矿安全检测标准要求,促进对煤自燃特征信息指标体系的建立和分级预警方法的确定,便于实现对煤自燃隐蔽火源危险程度的判识和预警。

摘要：在使用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)技术进行气体检测时,气体氛围的温度变化会影响气体的吸收谱线强度、吸收线线型及气体分子数密度,进而影响气体浓度的测量结果。设计了高精度温度控制箱体,并用其控制吸收池所处环境的温度。首先,利用CFD仿真软件模拟了目标温控箱形状、半导体致冷器位置及气流矢量等参数对箱体内部温度分布的影响;其次,利用仿真结果对温控箱的设计及加工进行优化;最后完成了温度控制箱体的制作,其可为气体吸收池提供均匀稳定的温度场。温度控制箱体的可调控制温度范围为32~50℃时,控制精度可达0.01℃,并能长期保持稳定。通过标准CO2气体浓度检测实验,对温度稳定性进行了验证。上述结果证明,利用CFD仿真优化温控装置参数,可获得均匀稳定的温度场,减小环境温度对测量结果的影响,有效提高气体浓度测量的准确度和稳定性。

摘要：针对气体腔体的结构和光学部件性质,设计了恒温稳定控制箱体的电路精确控制方法,实现了箱体内部多温度状态的高精度稳定控制.该温度控制系统可用于研究气体温度变化与气体吸收谱线参数变化的规律,提高气体浓度检测精度.设计了高精度恒流源、两路温度采样模块及调理电路、A/D模数转换电路和半导体致冷器控制模块等在内的硬件电路系统,开发相应的系统软件,保证光腔通光部分温度的均匀性.同时根据实际控温箱体参数,以比例积分微分控制算法为核心,精密控制光腔内部的温度变化,实现了温控箱内部温度变化控制波动最优为±0.009℃且标准差低于0.006℃,并采用浓度为2.00%的CO 2标准气体分别进行了16℃、20℃、24℃、28℃、32℃、36℃、40℃七个温度状态下的温度控制实验,测量结果验证了温控系统的稳定性.