甲烷氣體光纖傳感器監測系統的製作方法
2023-07-09 20:54:36
甲烷氣體光纖傳感器監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種甲烷氣體的監測系統，具體為一種利用DSP進行信號處理的甲烷氣體光纖傳感器監測系統。該系統由DSP硬體電路和D/A轉換模塊，產生不同的驅動信號，用於驅動雷射器產生相應的雷射。雷射經光纖傳輸到達充有甲烷氣體的氣室，並耦合進入甲烷氣室，由光電探測器實現光電轉換，獲取帶有甲烷氣體濃度信息的電信號。電信號分別經過相應的鎖相放大器和不同的帶通濾波器，檢測出一、二次諧波信號。諧波信號返回DSP晶片，經A/D轉換模塊後進入信號處理模塊進行處理，獲得氣室裡甲烷的濃度，達到了對信號進行高精度、高靈敏度處理的要求。
【專利說明】甲烷氣體光纖傳感器監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種甲烷氣體的監測系統，具體為一種利用DSP進行信號處理的甲烷氣體光纖傳感器監測系統。
【背景技術】
[0002]甲烷是礦井中主要的有害氣體，也是產生溫室效應的最主要氣體之一。研究實時、快速檢測甲烷氣體濃度的傳感器，對工礦安全運行，人身安全及環境保護有著十分重要的意義。近年來，基於紅外光譜吸收原理的甲烷氣體光纖傳感器發展較為迅速，這種新型傳感器具有抗電磁幹擾、靈敏度高、安全高效、響應速度快、不易中毒等優勢，將逐漸代替傳統的傳感器。然而它在微弱信號處理方面對硬體的要求較高，所以需要尋找一種高精度高靈敏度的裝置來實現對微弱信號的處理，來實現對甲烷氣體濃度進行檢測。
【發明內容】
[0003]本實用新型為了實現甲烷氣體光纖傳感器對微弱信號高精度的檢測，提供一種基於DSP信號處理的甲烷氣體光纖傳感器監測系統。
[0004]本實用新型是採用如下技術方案實現的:
[0005]—種甲燒氣體濃度光纖傳感器檢測系統,包DSP晶片,所述DSP晶片集成有信號產生模塊、信號處理模塊和A/D轉換模塊，所述信號產生模塊的輸出端通過D/A轉換模塊與雷射器的調製端連接，所述雷射器的輸出端通過第一光纖與光纖耦合器的輸入端連接，所述光纖耦合器的輸出端與甲烷氣室的輸入端連接，所述甲烷氣室的輸出端通過第二光纖與pin光電探測器的輸入端連接，所述pin光電探測器的輸出端分成兩路分別通過鎖相放大器與第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的輸入端連接，所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的輸出端分別與A/D轉換模塊的輸入端連接，所述A/D轉換模塊的輸出端與信號處理模塊的輸入端連接，所述信號處理模塊的輸出端與IXD連接。
[0006]工作時，由DSP硬體電路和D/A轉換模塊，產生不同的驅動信號，用於驅動雷射器產生相應的雷射。雷射經光纖傳輸到達充有甲烷氣體的氣室，並耦合進入甲烷氣室，由光電探測器實現光電轉換，獲取帶有甲烷氣體濃度信息的電信號。電信號分別經過相應的鎖相放大器和不同的帶通濾波器，檢測出一、二次諧波信號。諧波信號返回DSP晶片，經A/D轉換模塊後進入信號處理模塊進行處理，經過現有的成熟算法，兩路諧波信號返回DSP晶片，經A/D轉換後進入信號處理模塊進行除法運算，所得結果經過線性化、零點調節等處理後即為所要測量的氣室裡甲烷氣體濃度的值，達到了對信號進行高精度、高靈敏度處理的要求。
[0007]本實用新型提供了一種基於DSP信號處理的甲烷氣體光纖傳感器檢測系統，該設計結構簡單、性能穩定可靠，解決甲烷光纖傳感器中數位訊號處理的問題，實現對空氣中的甲烷氣體濃度進行高精度、高靈敏度的實時監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的原理框圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本實用新型的具體實施例進行詳細說明。
[0010]一種甲烷氣體濃度光纖傳感器檢測系統，如圖1所示，包括DSP晶片，所述DSP晶片集成有信號產生模塊、信號處理模塊和A/D轉換模塊，所述信號產生模塊的輸出端連接D/A轉換模塊接，所述D/A轉換模塊的輸出端依次通過鎖相放大器和加法器與雷射器的調製端連接；所述雷射器的輸出端通過第一光纖與光纖耦合器的輸入端連接，所述光纖耦合器的輸出端與甲燒氣室的輸入端連接，所述甲燒氣室的輸出端通過第二光纖與pin光電探測器的輸入端連接，所述Pin光電探測器的輸出端分成兩路分別通過鎖相放大器與第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的輸入端連接，所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的輸出端分別與A/D轉換模塊的輸入端連接，所述A/D轉換模塊的輸出端與信號處理模塊的輸入端連接，所述信號處理模塊的輸出端與IXD連接。
[0011]該甲烷氣體檢測系統的信號產生、A/D轉換、信號處理部分都由DSP晶片控制，首先由DSP晶片中的信號產生模塊輸出正弦序列與三角波序列，經過D/A轉換，得到高頻的正弦信號與低頻的三角波信號，再經過適當放大，經過加法器疊加後對雷射光源進行驅動。調製後的雷射經光纖傳輸後通過光纖耦合器耦合進入待測甲烷氣體氣室，再通過光纖傳輸到達pin光電探測器，實現光電轉換，此時的電信號中包含了調製信號的一次諧波以及和甲烷氣體濃度成正比的二次諧波信號。該電信號分成兩路，分別經過鎖相放大器對微弱信號進行檢測和放大，分別進入不同的帶通濾波器，即根據高頻正弦信號與低頻的三角波信號的頻率不同，選擇相應的帶通濾波器，得到一、二次諧波信號。然後，進入DSP晶片的A/D轉換電路模塊，經信號處理模塊處理，最後數據由IXD進行顯示。
【權利要求】
1.一種甲烷氣體光纖傳感器監測系統，其特徵在於:包括DSP晶片，所述DSP晶片集成有信號產生模塊、信號處理模塊和A/D轉換模塊，所述信號產生模塊的輸出端通過D/A轉換模塊與雷射器的調製端連接，所述雷射器的輸出端通過第一光纖與光纖耦合器的輸入端連接，所述光纖耦合器的輸出端與甲烷氣室的輸入端連接，所述甲烷氣室的輸出端通過第二光纖與Pin光電探測器的輸入端連接，所述pin光電探測器的輸出端分成兩路分別通過鎖相放大器與第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的輸入端連接，所述第一帶通濾波器和第二帶通濾波器的輸出端分別與A/D轉換模塊的輸入端連接，所述A/D轉換模塊的輸出端與信號處理模塊的輸入端連接，所述信號處理模塊的輸出端與IXD連接。
2.根據權利要求1所述的甲烷氣體光纖傳感器監測系統，其特徵在於:所述D/A轉換模塊的輸出端依次通過鎖相放大器和加法器與雷射器的調製端連接。
【文檔編號】G01N21/3504GK204008450SQ201420412287
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】王啟銀, 仝利軍 申請人:國家電網公司, 國網山西省電力公司大同供電公司