[实用新型]调谐二极管吸收光谱的多通道高速数据采集和处理系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及调谐二极管吸收光谱技术领域，具体涉及一种用于调谐二极管吸收光谱的多通道高速数据采集和处理系统。

背景技术

传统的气体检测方法主要以化学技术和吸气取样实验分析为基础。近年来涌现出许多单点测量的分析仪，如以半导体金属氧化物为敏感材料的传感器和电化学传感器。这些传感器在一定程度上满足了气体检测的需要，但也有各自的缺陷。首先它们测量的范围较小，只能测量接触点附近的气体浓度。其次这些方法在检测过程当中容易受到温度、湿度、天气等因素的影响，检测点每隔一段时间就要换探头。

相比而言，利用吸收光谱技术测量环境中的气体含量具有其它同类技术不可比拟的优势。采用可调谐二极管激光光谱传感技术检测气体的主要优点有：检测范围大，采用开放光程模式，检测距离可以从几米到几千米；检测精度高，气体浓度检出限低于1ppm(1ppm为百万分之一)；选择性高，选择合适的激光光谱波段，能够有效地避免其它气体的干扰；是一种完全非接触式的在线自动监测技术，相对于其它技术更安全可靠；响应速度快，响应时间为0.05秒，对气体浓度的变化能够实现实时检测；不易受气候环境的影响，不需要人工实时看护。

但是，就目前的国内外研究而言，还没有人利用可调谐二极管吸收光谱技术同时进行多通道的高速数据采集和实时信号处理系统的研究。这项研究将会给环境监测带来很大的方便，可以同时对空气中多种污染气体进行实时检测。

发明内容

针对现有技术中存在的只能同时对一种气体进行检测的限制和现有检测设备采样速率低、采样精度差等问题，本实用新型提供一种能够同时进行多通道高速采集和实时信号处理的系统。

为解决上述问题，本发明提供了一种调谐二极管吸收光谱的多通道高速数据采集和处理系统，该系统利用2路激光器同时发射单色光，实现对两种不同气体的浓度进行同时检测，其特征在于，述系统包括：第一激光器(1)，第二激光器(2)，第一分光器(3)，第二分光器(4)，被测气体(5)，反光器(6)，第一探测器(7)，第二探测器(8)，第三探测器(9)，第四探测器(10)，激光器驱动模块(11)，电源管理模块(12)，信号处理模块(13)，显示模块(14)，A/D采样及数据处理模块(15)，上位机(16)；

激光器驱动模块(11)同时产生2路激光器所需的驱动信号分别送至第一激光器(1)和第二激光器(2)；第一激光器(1)和第二激光器(2)发出两种不同波长的单色光，分别送至第一分光器(3)和第二分光器(4)，每个分光器都输出两路信号：一路通过被测气体(5)后，投射到反光器(6)，反射后再次反向通过被测气体(5)，并由第一探测器(7)和第二探测器(8)进行检测；一路直接送到第三探测器(9)和第四探测器(10)；第一～四探测器(7)～(10)将输入的激光信号进行光电转换后送至信号处理模块(13)；信号处理模块(13)对第一～四探测器(7)～(10)输出的信号进行处理，消除在信号传输过程中产生的干扰信号，同时得到所需要的谐波信号，并输出至A/D采样及数据处理模块(15)；A/D采样及数据处理模块(15)将信号处理模块(13)输出的模拟信号转换成数字信号并进行浓度计算，一路传送到上位机(16)进行分析运算，一路送显示模块(14)对气体浓度进行实时显示；电源管理模块(12)按照各模块对电压信号的需求，为不同模块提供各正常运行所需要的电压。

可选的，所述第一激光器(1)和第二激光器(2)均采用能产生线宽远小于被测气体(5)单吸收谱线宽度的DFB激光器。

可选的，所述A/D采样及数据处理模块(15)的主控芯片采用的是TI的32位高性能浮点DSP芯片TMS320F28335，能够同时对4路探测器信号进行同时采样，并完成气体浓度计算。

可选的，所述A/D采样及数据处理模块(15)的采样精度为12位，最高采样频率为12.5MHz；

所述A/D采样模块(15)具有两种采样方式：内置AD采样和外置AD采样。

可选的，所述A/D采样及数据处理模块(15)具有较宽的采样范围：内置AD支持采样范围为0～3V，外置AD采样范围为-10V～10V。

可选的，所述第三探测器(9)第四和探测器(10)用于探测激光器发出的单色光的原始光强信号，第一探测器(7)和探第二测器(8)用于探测激光器发出的单色光经过被测气体(5)后的光强信号；这4路探测器得到的光强信号经信号与数据处理后得到被测气体(5)的浓度。

可选的，所述4个探测器(7)～(10)均采用工作波段与所述激光器发射波段相对应的PIN光电二极管。