基于STM32和FPGA的激光甲烷检测系统设计.pdf

《基于STM32和FPGA的激光甲烷检测系统设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、116传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第10期基于STM32和FPGA的激光甲烷检测系统设计范松涛，周燕，潘教青，张强，曹忆南(1．中国科学院半导体研究所光电系统实验室，北京100083；2．中国科学院半导体研究所光电子研究发展中心，北京100083：3．北京光电技术研究所，北京100010)摘要：为了开发小型化的实用激光甲烷检测系统，设计了基于STM32单片机和FPGA的系统方案。FPGA实现系统中正交矢量锁相放大器和激光器调制驱动信号的产生。STM32负责半导体激光器温度控制，气体体积分数计

2、算，通信接口等功能。设计的激光甲烷检测系统对4种标准甲烷气体进行了实际测试，在lO％量程范围内示值误差不超过±O．2％。此方案可以作为激光气体检测系统的通用平台，实现对其他气体的测量。关键词：气体检测；激光；甲烷；STM32；现场可编程门阵列中图分类号：TN216文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)10-0116-03DesignoflasermethanedetectingsystembasedonSTM32andFPGAFANSong．tao，ZHOUYan，PANJiao—qing。，ZHANGQiang，CAOYi．nan(1．Optoelec

3、tronicSystemLaboratory，ChineseAcademyofSciences，Beijing100083，China；2．OptoelectronicsR&DCenter，InstituteofSemiconductors，ChineseAcademyofSciences，Beijing100083，China；3．BeijingInstituteofOptoelectronicTechnology，Beijing100010，China)Abstract：ThesystemschemebasedonSTM32andFPGAisdesignedinor

4、dertodeveloptheminiaturizationpracticallasermethanedetectingsystem．Thegenerationoftheorthogonalvectorlock—inamplifierandlasermodulationdrivingsignalisimplementedontheFPGAchip．STM32isresponsibleforthetemperaturecontrolofsemiconductorlasers，calculationofgasvolumefraction，communicationinter

5、faceandotherfunctions．Fourstandardmethanesamplesaretestedbythedesignedlasermethanedetectingsystem，indicatingerrorislessthan±0．2％atthefullscaleof10％．Thisschemecanbeusedasacommonplatformforthelasergasdetectingsystemtorealizemeasurementofothergases．Keywords：gasdetection；laser；methane；STM32；

6、FPGA0引言在基于波长调制二次谐波方法的探测系统中，可调谐甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气和煤半导体激光器的输出波长可以被温度和注入电流调制。激矿瓦斯气主要成分。在煤矿安全生产，输气管道泄露和环光器首先被热能转换器(TEC)控温在待测气体的吸收峰中境保护等领域都需要对甲烷体积分数进行高精度实时测心附近，然后用低频三角波或锯齿波(扫频信号)叠加高频量J。可调谐二极管激光吸收光谱技术是一种新型的正弦波的调制电流驱动，发射出波长被调制的激光束穿过非接触气体测量方法，通过分析测量光束被气体的选择吸被测气体时，在吸收峰附近被测气体对激光束进行吸收导收程度获得气体体积

7、分数。波长调制二次谐波法通过致激光强度产生衰减，激光强度的衰减程度与被测气体体将光强信号频率调制到激光器、光电传感器及气体流动等积分数呈正比关系。光电探测器接收激光束并转换为电信低频噪音区域以外，再利用锁相放大解调还原信号，从而显号输出到锁相放大器，锁相放大器以发射端正弦波调制频著提高测量的信噪比、灵敏度和准确性，是高精度激光气体率的2倍作为参考频率进行锁相放大，其输出二次谐波信检测系统中采用的主要方法。号的峰值反映了上述光强与体积分数呈正比关系。因此，收稿日期：2012-04—13基金项目：国家“863”计划资助项目(2009AA03Z