CH4检测系统微弱信号处理电路研究

基于光谱吸收原理设计的CH4检测系统,气体吸收的信号比光源的噪声还要小,被淹没在背景噪声中.为改善检测系统的信噪比,针对非常微弱的气体吸收信号,基于微弱信号的锁定检测原理,以锁相放大器为核心,以同步积分器自动跟踪滤波,设计了检测系统的光电信号处理电路.结果表明电路输出电压与CH4体积分数呈线性关系,电路对CH4气体体积分数的检测极限为150×10-6.     

近红外光谱仪中的微弱信号检测技术

介绍了近红外光谱仪的应用和近红外光谱仪中的信号特点.自然光的干扰是在开发此类仪器时遇到的主要困难,在了解近红外光谱分析仪中的信号和噪声特点后,采用切光的办法来对光信号进行调制可有效的克服这一问题,使信号变得容易处理.而通过采用相敏检测的方法又可大大提高信噪比.文章系统的介绍了弱信号的提取方法,解决了近红外光谱仪中信号提取问题,并给出了实际可行的电路和测试结果.     

近红外光谱仪中的数字锁相技术研究

本文分析了光栅扫描型近红外光谱仪中光谱信号频率波动引起的测量误差问题,提出了一种同步整周期采样的正交DPSD方法,讨论了实现这种方法的几点注意事项.最后,给出了这种方法与原模拟锁相放大器的信噪比对比测试实验结果.理论分析和实验结果表明：此方法与模拟锁相方法相比输出信噪比提高了一倍多,可以应用于近红外光谱仪的微弱信号检测,能够精确地从噪声中提取出光谱信号,达到了良好效果.     

锁相放大器在激光外差信号检测中的应用

目前,激光外差技术在激光测振、测速和测距等精密测量中已有广泛的应用,但在这些应用中待检测的光信号都非常微弱且含有大量噪声。为了提取该信号采用锁相放大器作为系统检测电路,在分析锁相放大器原理的基础上,设计了锁相放大器各模块电路并仿真。经实验测试,在给锁相放大器加幅度为0．01～0．5mV的信号时,在电路输出端可以得到信号。     

基于微型近红外光谱传感器的液体肥组分检测仪研制

为快速检测液体肥中的组分含量,本研究提出了一种基于新型的微机电(MEMS)近红外传感器的液体肥近红外检测器,并将其设计成便携式杯型光谱仪结构,使用透射式的方法对液体组分进行检测。该设计的硬件电路主要可以分为:光源及其驱动模块、传感器升压控制模块、探测信号I/V运放模块、温度读取模块和AD转换模块。选择使用较小封装的贴片式器件,减小传感器驱动电路的体积。对系统进行了稳定性测试,各波长点的相对标准差基本稳定在0.1%以下,系统较为稳定。使用磷酸氢二铵来配制液体肥溶液进行了检测和建模分析,模型相关系数(R~2)为0.942564,交叉验证均方根误差(RMSECV)为1.386777,取得了较好的建模结果。结果证明,该型近红外光谱分析仪系统稳定,可以用来对液体肥组分进行检测。     

电磁超声接收系统的设计与实现

提出了一种由正交矢量锁相发大器为核心构成的电磁超声接收系统,该系统针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低,噪声干扰大的现状,以及锁相放大在提取噪声中微弱信号方面的优异性能,采用模拟与数字相结合的方式完成整个接收系统的设计.在该方案中,整个接收电路围绕由平衡调制解调器AD630构成的相敏检波器(PLD)展开,分别设计了信号通道、参考信道和相关器电路,并给出了相关的电路设计图.最后通过实验对比验证,证明该系统可以从噪声中提取出微弱的检测信号,且消噪效果明显,提高了信噪比.     

成分含量近红外快速检测技术及系统的研究

研究了基于声光可调谐滤光器(AOTF)分光原理的成分含量近红外检测技术及其系统组成，重点讨论了采用新颖的光电结合的调制方法提高衍射光的分离纯度和效率，以提高系统的光谱信噪比和光谱分辨率。同时文中介绍了近红外检测技术中不可分割的软件部分——化学计量学建模方法。最后通过对牛奶主要成分含量的实际测量验证了测量方法的有效性，实验结果表明，测量时间为30秒／样品，各成分含量的测量精度和重复性误差均能满足牛奶主要成分的实际测量要求。     

参考信号频率自调整的锁定放大器的设计应用

根据仪器用于野外,环境恶劣、工作电压不稳定及近红外光谱信号的特点,对传统的锁定放大电路进行改进,设计了实用的参考信号频率自调整的锁定放大电路,采用锁相技术使参考信号频率自调整保持与被测信号频率相位一致,并采用同步累积技术进一步提高信噪比,从而精确地从噪声中提取出光谱信号,达到了良好效果.     

光电器件在原子频标光电检测环路中的应用研究

在被动型原子频标中,光电检测环路是连接物理系统与电子线路间的桥梁,它将物理系统的原子纠偏信号转换成伺服检测电路用信号,整个光电检测环路中主要噪声来源是光谱灯及光电池器件。作为整个物理系统核心光源的光谱灯,其工作参数的稳定与否直接影响原子频标的频率稳定度。而光电池在将光信号转换为电信号的过程中,其内部热噪声、散粒噪声、闪变噪声是决定整个转换过程好坏的关键。针对光谱灯及光电池特性,本文对诸如灯温、灯泡中气体比例,电磁兼容、腔温、调制深度、调制频率等环路参数作了具体的设置的工作,通过光强稳定性、鉴频曲线等实验测试结果选择最佳的参数值,原子频标的稳定度测量实验结果说明本文取得满意的成果。     

光纤瓦斯气体检测中锁相放大器的设计应用

由于仪器主要用于油田、煤矿等工作环境相对恶劣的地方,其工作电压不稳定,另外根据近红外光谱的特点,对传统的锁相放大器进行了改进,设计了一种适合瓦斯气体浓度检测中的锁相放大器。系统采用微处理器控制、反馈调整、扫描技术、相敏检测技术等,通过软件控制,自动调节参考信号相位,使输出信号幅度达到最优,并通过积分器进一步提高信噪比,从而能够从强噪声信号中精确的提取出光谱信号,此外还对在气体检测中普遍使用的谐波检测方法进行了实验研究,取得了良好效果。     

光谱吸收型光纤一氧化碳传感器

基于气体分子的近红外光谱吸收机理,研究一种可以检测一氧化碳的光纤气体传感器.对窄带光源DFB LD进行正弦波调制,建立差分吸收的数学模型,利用谐波技术实现气体浓度的检测.系统采用差分结构有效消除了光源光强噪声干扰以及光电器件的零点漂移.实验结果表明,传感器性能稳定、灵敏度高、重复性好,并且不受其它气体的干扰.     

基于CCD的双光束多波长紫外可见吸收检测器

由于传统的多波长紫外可见吸收检测器无法克服光源波动造成的噪声和漂移,故设计开发了一种基于CCD的双光束多波长紫外可见吸收检测器.光源发出的光聚焦后被分束镜分成信号光和参考光,信号光射入到样品检测池中.从样品检测池中出射的信号光经过斩光器聚焦在狭缝上,被凹面光栅分光成像于CCD的一部分光敏面上.参考光在CCD的另一部分光敏面上分光成像.在光路系统和外围电路的辅助配合下,可以用一片CCD实现信号光谱,参考光谱和暗电流的精确测量.由于采用参考光光谱和CCD暗电流对信号光谱进行实时补偿,可以使基线短期噪声降低为1×10-5 AU,漂移降低为1×10-4 AU/h.     

基于MEMS技术的便携式近红外光谱仪的研制

介绍基于MEMS技术的先进微小型近红外光谱仪的工作原理,提出了基于MEMS微镜的新型近红外光谱仪的设计,包括光路原理、硬件电路组成及软件模块,给出针对自来水样品的测量光谱图,其轻便灵活、低功耗及超高性价比填补了国内空白。     

基于光谱吸收型光纤瓦斯探测传感器的研究

为了改善瓦斯传感器的测量灵敏度和误差,根据光谱吸收原理和谐波检测技术,采用分布反馈式半导体激光器(DFB LD)为光源,光电二极管为探测元件,设计了以锁相放大器为核心的光纤瓦斯探测传感器系统.采用单光路传输和光源调制技术实现瓦斯气体的谐波检测.根据二次谐波和一次谐波比值与瓦斯浓度的关系,拟合出二者的线性关系曲线,在理论和实验上均证明了该传感器具有较高的探测灵敏度和重复性,测量误差较小,为其在矿井瓦斯浓度预警奠定了应用基础.     

光学镀膜近红外膜厚监控的信号压噪

在光学真空镀膜膜厚监控过程中,近红外波段信号弱、外界干扰大、信噪比低,难于检测监控。运用相干检测、锁相放大原理,在光学真空镀膜机可见光波段监控系统的基础上,自行研制锁相放大器和改装近红外探头,成功地实现了近红外信号的压噪、放大、滤波和检测监控。     

基于数字锁相放大的时栅传感器信号处理研究

针对时栅位移传感器对信号噪声和插补时钟频率稳定性敏感及需要时钟频率高的问题,提出了一种基于数字锁相放大技术的时栅位移传感器信号处理方法。该方法用STM32F4微处理器同步产生激励信号和采集时栅输出信号,不需采集正交参考信号,将正交参考信号和输出信号送入正交矢量型数字锁相放大器,实现角位移检测。研究了基于数字锁相放大技术的时栅传感器信号处理原理和算法,设计了A/D采集电路和窄带低通数字滤波器。仿真和试验表明:在信号噪声较大条件下,时栅位移传感器的误差控制在±1.1″以内,显著提高了精度。该方法只需采集一路感应信号即可实现传感器角位移检测,优化和简化了电路结构。     

非分光红外CO浓度探测系统

介绍了基于非分光红外(NDIR)原理的CO浓度探测系统总体设计.采用新型红外光源和探测器对系统光学部分进行设计,通过低频电调制取代传统机械调制方法.讨论了光源恒压供电系统和信号滤波放大处理电路,开展了大量的实验验证研究.实验结果表明该CO浓度探测系统准确可靠,可以满足工况场合下CO气体浓度测量分析的需求.     

基于混沌理论的微弱信号检测及自跟踪扫频电路实现

为解决工程实际中因待测信号常常被淹没在噪声背景中而传统信号检测方法难以检测等问题,将基于混沌理论的非线性信号检测技术应用到实际工程故障诊断中,开展了基于Duffing振子的微弱信号检测原理的分析,建立了混沌振子与微弱信号检测之间的关系,提出了基于Duffing振子的微弱信号检测方法,利用混沌系统相变对周期小信号的敏感性和对噪声具有免疫力的特点,设计制作了基于Duffing振子的微弱信号检测电路;对微弱信号检测的自适应进行了研究,利用AVR单片机及AD9850等芯片实现了信号检测电路的自动跟踪扫频功能,最后开展了该信号检测电路对不同频率微弱信号的检测试验。研究结果表明,用该电路可以实现在工程中常见的噪声背景下的中、低频率微弱周期信号的检测。     

基于FPGA在线气体检测系统设计

以FPGA为平台设计一套TDLAS在线气体检测系统。在线气体检测需要高精度以及快速的数据分析和处理速度。相比于传统单片机,FPGA在工作速度以及功耗等方面具有较大优势,可以保证数据分析和处理的实时性;基于TDLAS（可调谐二极管吸收光谱学）的二次谐波检测技术可以减小噪声等因素带来的影响,保证检测结果的精度。本文详细介绍了系统的检测原理以及TDL驱动电路的设计方法,并由FPGA产生所需调制信号。该系统适用于现场高精度高速度的气体监测。     

基于锁相放大原理的微弱信号检测装置的研制

为解决传统信号检测装置精度低、信噪比低的问题,研制了一种基于锁相放大原理的微弱信号检测装置。本装置是以超低功耗单片机MSP430为处理器,结合锁相放大原理实现的微弱信号监测装置,该装置包含加法器、纯电阻衰减网络、微弱信号检测电路及单片机控制显示和AD采样。本装置能将微弱信号从强噪声中检测出来,并通过液晶显示实时采样的幅值,且误差最高能达到1%以下,所能检测到的弱信号幅度能达到20mV以下,误差基本能达到要求指标。