[发明专利]一种基于数字电位器改善红外气体检测系统稳定性的方法

权利要求书

1.一种红外气体检测系统，包括温控电路、电流驱动电路、DFB激光器、气室、光电探测器、参考电路、放大电路、数字电位器、差分电路、滤波电路和微处理器；其特征在于DFB激光器位于气室之前，气室另一端接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端与放大电路连接，放大电路的输出端与参考电路的输出端分别连接到差分电路的输入端，差分电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接微处理器，温控电路连接到DFB激光器，电流驱动电路一边连接微处理器，另一边连接DFB激光器，电流驱动电路的驱动信号由微处理器发出，利用温控电路与电流驱动电路对DFB激光器进行电流驱动及温度驱动；数字电位器的输入端连接微处理器，数字电位器的输出端连接到放大电路的负反馈增益控制端，通过微处理器动态控制调节数字电位器的电阻值来改变放大电路的负反馈增益，从而控制放大电路的放大倍数；

所述的温控电路是由设置在DFB激光器内部的集成的热敏电阻和外接电阻组成的电桥、电压比较、温控芯片及MOS管电路组成，其中电桥连接到电压比较器的输入端，电压比较器的输出端连接到温控芯片，温控芯片和MOS管电路相连接，MOS管电路的输出端和封装在DFB激光器上的半导体制冷器相连接；

所述的放大电路为集成双运放芯片OPA2604；

所述的电流驱动电路由微处理器的DA与集成运放LM358芯片连接而成；

所述的参考电路由微处理器的DA与集成双运放芯片OPA2604连接而成。

2.如权利要求1所述的一种红外气体检测系统，其特征在于所述的光电探测器是PIN光电探测器。

3.一种利用权利要求1所述系统对气室进行水气检测的过程，步骤如下：

1）将检测系统连接好；接通各电路模块与单片机的电源，调试光路与电路使其正常工作；待测气体冲入气室；

2）将温控电路中电桥电阻设定为一固定值后不变以实现对DFB激光器的恒温控制：利用微处理器产生在0.03S内电流变化48mA，变化过程从24mA由低到高升温到72mA，然后再从72mA由高到低到24mA往复进行，设定的电流变化范围是以在微处理器中对应的输出电压为三角波的形式来实现的；由于DFB激光器驱动电流变化会导致DFB激光器的输出波长的变化，在微处理器中设置的电压变化输出使得DFB激光器的输出波长变化，输出波长的变化范围包含即24mA到72mA之间的电流变化使得DFB激光器的输出波长变化，输出波长的变化范围包含了水汽吸收峰1368.597nm的波长；

3）调节传输光电路的放大电路及差分电路的放大倍数，调整时用示波器观察其输出信号，使输出电压在吸收峰之外的幅度为0mv到100mv范围内，在吸收峰处的电压在3V以下，以满足微处理器采集的信号幅值要求；

4）放大倍数调整好之后，经滤波电路由微处理器采集出经水汽吸收后在波长1368.597nm处与无吸收处产生的信号，经过微处理器计算出这两个信号的差值并存储该差值，上述采集、计算及存储过程重复1000次，取平均值后用微水仪拟合出的差值与水汽含量的关系即可用微处理器计算出水气浓度；

5）待测气体检测完毕，关闭电源。

4.一种基于数字电位器对权利要求1所述红外气体检测系统稳定性进行改善的方法，步骤如下：

1），数字电位器的输入端连接到微处理器，数字电位器的输出端连接到放大电路的负反馈增益控制端，利用微处理器实时改变数字电位器电阻来改变放大电路的放大倍数，通过放大电路放大倍数的反向同比例变化补偿光强的变化，使得放大电路输入差分电路中的一路三角波信号保持不变；

2）两路三角波电信号，包括一路为参考电路产生的模拟三角波电信号，另一路为传输光光电转换后经放大电路放大的三角波信号，经过差分电路差分后得到的吸收峰波形为微处理器最终采集的波形，系统工作在正常状态时，即无环境因素改变时，最终采集波形中气体吸收峰两侧应在同一水平位置，当环境因素变化时，传输光光强变化，该路进入差分电路的三角波变化，波形畸变，气体吸收峰两侧在水平方向上发生错位；在微处理器芯片中进行判断；

3）当环境因素改变，传输光光强减弱时，通过微处理器增大数字电位器阻值，使放大电路放大倍数增大，用反向同比例增大电路放大倍数的方法补偿光强的衰减，气体吸收峰两侧回到同一水平位置后，说明差分电路中光信号转换的三角波幅值恢复到环境因素变化前三角波的大小，数字电位器阻值不再发生改变，调整停止；

4）当环境因素改变，传输光光强增强时，通过微处理器减小数字电位器阻值，使放大电路放大倍数减小，用反向同比例减小电路放大倍数的方法补偿光强的增强，使气体吸收峰两侧回到同一水平位置后，说明差分电路中光信号转换的三角波幅值恢复到环境因素变化前三角波的大小，数字电位器阻值不再发生改变，调整停止；

5）上述调整1分钟进行一次，能实时消除环境因素变化对系统影响，改善系统稳定性。