[發明專利]一種不分光紅外氣體分析儀的數字信號處理和控制系統

有效

• 申請號: 201210361159.7
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102879354A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 徐科軍;張玉超;陳桄紅;陶波波;王剛;朱仲文;胡體寶
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學;重慶川儀自動化股份有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

1.一種不分光紅外氣體分析儀的數字信號處理和控制系統，包括DSP芯片、紅外信號調理電路、電壓參考緩沖電路、24位ADC轉換電路、溫度采集電路、氣壓采集電路、16位ADC轉換電路、外擴SRAM電路、鐵電存儲器電路、實時時鐘電路、帶看門狗和電源監控的復位電路、熱電阻驅動電路、按鍵電路、數字量輸出電路、RS-232/485接口電路、液晶顯示電路、4～20mA/0～20mA輸出電路和軟件，其特征在于：紅外信號調理電路對紅外信號放大和濾波，然后，經過24位ADC轉化為數字信號送入DSP芯片進行處理，計算結果可以通過液晶顯示電路、4～20mA/0～20mA輸出電路、RS-232/485接口電路輸出；采用基于FFT的幅值譜的方法，對數字信號進行處理，具體過程為，信號經過矩形窗，被矩形窗截斷；然后，對截斷的數據進行FFT計算，并得到幅值譜；再進行頻率校正和幅值校正，得到信號的幅值。

2.如權利要求1所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數字信號處理和控制系統，其特征在于：在紅外信號調理電路中，C12、R13構成無源高通濾波器，用于濾除前端電荷放大器輸出信號中的直流分量；U4A是電壓跟隨器，U4B構成差分放大電路；R15和C13構成一個低通濾波器，當負載變化，信號波動時，作為前級運放的隔離；正反并聯的肖特基二極管對輸入24位ADC轉換電路的模擬電位進行鉗制，保證24位ADC轉換電路正常的輸入電壓范圍；由于紅外信號調理電路接收到的紅外信號與氣體濃度不是線性關系，當對紅外信號進行調理和模數轉換后，需要建立紅外信號幅值與氣體濃度之間的關系，并根據這一關系進行線性化處理；采用最小二乘法擬合的方法，建立紅外信號幅值與氣體濃度之間的關系；為了降低成本和減小測試工作量，只采集零點、中點和終點的數據，采用冪級數展開，再對冪級數進行修正，去掉數值很小的系數項，得出紅外信號幅值與氣體濃度之間的關系；并且根據不同測量范圍的傳感器建立不同的數學模型。

3.如權利要求1所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數字信號處理和控制系統，其特征在于：DSP芯片采用TMS320F28335，實現系統中各電路模塊的控制和信號處理工作；該芯片最高主頻可達150MHz，帶浮點運算核，32×32硬件乘法器，6個DMA控制器，片內512KB?Flash和68KB?SRAM，適合于實時實現運算量大、對精度要求高的數字信號處理算法，并擁有豐富的片上外設資源，包括eCAN、SCI、SPI、McBSP、ePWM、HRPWM、I²C、ADC模塊；DSP采用積分分離的PI控制算法，控制溫度在????????????????????????????????????????????????℃內；若環境溫度較高，就將溫度控制在℃內；在A點之前采用P控制，在A點之后采用PI控制，即在第一個超調中，溫度下降到53℃時加入積分項。

4.如權利要求1所述的一種不分光紅外氣體分析儀的數字信號處理和控制系統，其特征在于：由溫度采集電路與熱電阻驅動電路組成溫度控制電路；在溫度采集電路中，傳感器選用NTC熱敏電阻，采用比例法測量熱敏電阻的阻值；由于熱敏電阻非線性比較嚴重，通過并聯電阻進行校正；傳感器加熱元件選用熱電阻，將220V交流電進行整流、濾波之后得到310V直流電壓，由DSP芯片的ePWM模塊控制場效應管對310V直流供電進行斬波，得到一個可控的直流電壓加載到熱電阻上，以實現溫度控制。