[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字電位器改善紅外氣體檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310064192.8
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103149172A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常軍;朱存光;王朋朋;王強(qiáng);劉永寧;魏巍;高婷;王福鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

1.一種紅外氣體檢測系統(tǒng)，包括溫控電路、電流驅(qū)動電路、DFB激光器、氣室、光電探測器、參考電路、放大電路、數(shù)字電位器、差分電路、濾波電路和微處理器；其特征在于DFB激光器位于氣室之前，氣室另一端接光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端與放大電路連接，放大電路的輸出端與參考電路的輸出端分別連接到差分電路的輸入端，差分電路的輸出端連接濾波電路的輸入端，濾波電路的輸出端連接微處理器，溫控電路連接到DFB激光器，電流驅(qū)動電路一邊連接微處理器，另一邊連接DFB激光器，電流驅(qū)動電路的驅(qū)動信號由微處理器發(fā)出，利用溫控電路與電流驅(qū)動電路對DFB激光器進(jìn)行電流驅(qū)動及溫度驅(qū)動；數(shù)字電位器的輸入端連接微處理器，數(shù)字電位器的輸出端連接到放大電路的負(fù)反饋增益控制端，通過微處理器動態(tài)控制調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的電阻值來改變放大電路的負(fù)反饋增益，從而控制放大電路的放大倍數(shù)；

所述的溫控電路是由設(shè)置在DFB激光器內(nèi)部的集成的熱敏電阻和外接電阻組成的電橋、電壓比較、溫控芯片及MOS管電路組成，其中電橋連接到電壓比較器的輸入端，電壓比較器的輸出端連接到溫控芯片，溫控芯片和MOS管電路相連接，MOS管電路的輸出端和封裝在DFB激光器上的半導(dǎo)體制冷器相連接；

所述的放大電路為集成雙運放芯片OPA2604；

所述的電流驅(qū)動電路由微處理器的DA與集成運放LM358芯片連接而成；

所述的參考電路由微處理器的DA與集成雙運放芯片OPA2604連接而成。

2.如權(quán)利要求1所述的一種紅外氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的光電探測器是PIN光電探測器。

3.一種利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)對氣室進(jìn)行水氣檢測的過程，步驟如下：

1）將檢測系統(tǒng)連接好；接通各電路模塊與單片機(jī)的電源，調(diào)試光路與電路使其正常工作；待測氣體沖入氣室；

2）將溫控電路中電橋電阻設(shè)定為一固定值后不變以實現(xiàn)對DFB激光器的恒溫控制：利用微處理器產(chǎn)生在0.03S內(nèi)電流變化48mA，變化過程從24mA由低到高升溫到72mA，然后再從72mA由高到低到24mA往復(fù)進(jìn)行，設(shè)定的電流變化范圍是以在微處理器中對應(yīng)的輸出電壓為三角波的形式來實現(xiàn)的；由于DFB激光器驅(qū)動電流變化會導(dǎo)致DFB激光器的輸出波長的變化，在微處理器中設(shè)置的電壓變化輸出使得DFB激光器的輸出波長變化，輸出波長的變化范圍包含即24mA到72mA之間的電流變化使得DFB激光器的輸出波長變化，輸出波長的變化范圍包含了水汽吸收峰1368.597nm的波長；

3）調(diào)節(jié)傳輸光電路的放大電路及差分電路的放大倍數(shù)，調(diào)整時用示波器觀察其輸出信號，使輸出電壓在吸收峰之外的幅度為0mv到100mv范圍內(nèi)，在吸收峰處的電壓在3V以下，以滿足微處理器采集的信號幅值要求；

4）放大倍數(shù)調(diào)整好之后，經(jīng)濾波電路由微處理器采集出經(jīng)水汽吸收后在波長1368.597nm處與無吸收處產(chǎn)生的信號，經(jīng)過微處理器計算出這兩個信號的差值并存儲該差值，上述采集、計算及存儲過程重復(fù)1000次，取平均值后用微水儀擬合出的差值與水汽含量的關(guān)系即可用微處理器計算出水氣濃度；

5）待測氣體檢測完畢，關(guān)閉電源。

4.一種基于數(shù)字電位器對權(quán)利要求1所述紅外氣體檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行改善的方法，步驟如下：

1），數(shù)字電位器的輸入端連接到微處理器，數(shù)字電位器的輸出端連接到放大電路的負(fù)反饋增益控制端，利用微處理器實時改變數(shù)字電位器電阻來改變放大電路的放大倍數(shù)，通過放大電路放大倍數(shù)的反向同比例變化補(bǔ)償光強(qiáng)的變化，使得放大電路輸入差分電路中的一路三角波信號保持不變；

2）兩路三角波電信號，包括一路為參考電路產(chǎn)生的模擬三角波電信號，另一路為傳輸光光電轉(zhuǎn)換后經(jīng)放大電路放大的三角波信號，經(jīng)過差分電路差分后得到的吸收峰波形為微處理器最終采集的波形，系統(tǒng)工作在正常狀態(tài)時，即無環(huán)境因素改變時，最終采集波形中氣體吸收峰兩側(cè)應(yīng)在同一水平位置，當(dāng)環(huán)境因素變化時，傳輸光光強(qiáng)變化，該路進(jìn)入差分電路的三角波變化，波形畸變，氣體吸收峰兩側(cè)在水平方向上發(fā)生錯位；在微處理器芯片中進(jìn)行判斷；

3）當(dāng)環(huán)境因素改變，傳輸光光強(qiáng)減弱時，通過微處理器增大數(shù)字電位器阻值，使放大電路放大倍數(shù)增大，用反向同比例增大電路放大倍數(shù)的方法補(bǔ)償光強(qiáng)的衰減，氣體吸收峰兩側(cè)回到同一水平位置后，說明差分電路中光信號轉(zhuǎn)換的三角波幅值恢復(fù)到環(huán)境因素變化前三角波的大小，數(shù)字電位器阻值不再發(fā)生改變，調(diào)整停止；

4）當(dāng)環(huán)境因素改變，傳輸光光強(qiáng)增強(qiáng)時，通過微處理器減小數(shù)字電位器阻值，使放大電路放大倍數(shù)減小，用反向同比例減小電路放大倍數(shù)的方法補(bǔ)償光強(qiáng)的增強(qiáng)，使氣體吸收峰兩側(cè)回到同一水平位置后，說明差分電路中光信號轉(zhuǎn)換的三角波幅值恢復(fù)到環(huán)境因素變化前三角波的大小，數(shù)字電位器阻值不再發(fā)生改變，調(diào)整停止；

5）上述調(diào)整1分鐘進(jìn)行一次，能實時消除環(huán)境因素變化對系統(tǒng)影響，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。