基于谐波分析的NDIR气体检测系统.pdf

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1、2014正仪表技术与传感器2014第2期InstrumentTechniqueandSensorNo．2基于谐波分析的NDIR气体检测系统赵玲，何秀丽，贾建，高晓光，李建平(中国科学院电子学研究所，传感技术国家重点实验室，北京100190)摘要：针对传统非分光红外(NDIR)气体检测系统智能化程度低和信号分析能力差的问题，采用虚拟仪器技术构建基于快速傅里叶变换谐波分析的新型红外气体检测系统。系统以单板机PCM3353为核心，选用MEMS电调制光源和热释电红外探测器，采用单板机扩展采集卡PM518进行探测器信号采集，

2、在LabVIEW环境中对探测器信号进行滤波降噪和频域分析。S0：气体检测试验表明：相对于传统的数据处理方法，系统信噪比提高了3—5倍，气体检测下限降低为原来的1／4。关键词：红外气体检测；谐波分析；快速傅里叶变换；朗伯一比尔定律；热释电中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)02—0050—04NDIRGasDetecti0nSystemBasedOnHarmoniesAnalysisZHA0Ling，HEXiu—li，JIAJian，GA0Xiao—guang，LIJian—p

3、ing(StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，InstituteofElectronics；ChineseAcademyofSciences，BeUing100190，China)Abstract：Anon-dispersiveinfra—red(NDIR)gasdetectionsystemwithhighdegreeofintelligenceandpowerfuldataprocess—ingcapabilitywasdevelopedbasedonvirtuali

4、nstrumenttechnologyandfastfouriertransform(FFT)harmonicsanalysismethod．ASingleBoardComputer(SBC)PCM3353wasusedasthesystemcorewhichextendedadataacquisitioncardPM518toacquirethesignalofdetector．Themodulated)Rsourceandthepyroelectricinfrareddetectorwereusedinthes

5、ystemandthehighresolu—tionwasenabledduetothenovelsignalprocessingalgorithmsrealizedon，abVIEW．ThetestingresultstoSO2gasindicatethatthesignalnoiseratioofthesystemwasenhancedfrom3to5timesandthedetectionlimitwasreducedto1／4comparingwiththepeak—to—peakdataanalysism

6、ethod．Keywords：infraredgasdetection，harmonicsanalysis，Frr，Lambert—Beerlaw，pyroelectric0引言到光源特性的限制，调制频率较低，探测器信号为低频信号，采非分光红外(NDIR)气体检测技术利用红外光谱对待测气用锁相方法时，检测有延迟。并且在实际应用中，由于参考信体进行检测，具有灵敏度高、稳定性好和抗干扰能力强等特点，号与调制频率间不能完全一致，导致锁相放大方法对于信号频已广泛应用于环境气体检测以及工业废气监测等领域。率漂移的适应性不好。

7、目前红外气体检测系统的研究重点主要集中在器件选择及系基于傅里叶变换的谐波分析方法是目前谐波检测中应用统结构设计等方面，探测器信号的后续处理环节相对薄弱。由最为广泛的一种分析方法，它采用快速傅里叶变换，能够准确非分光红外气体检测技术原理可知，气体传感器输出的信号为提取周期信号各个频率成分，检测精度高，实时性较好，并且通固定频率信号，后续处理的目的是为了获取信号幅值以此反映过加窗、插值等修正算法可以消除信号频率漂移的影响，在红待测气体浓度。目前应用于红外气体检测系统的信号处理方外气体检测信号处理中有很好应用前景。法主要

8、有峰峰值和锁相放大方法。文中开发了以单板机为核心的红外气体检测系统，采用虚最初的红外气体检测系统普遍采用峰峰值的信号处理算拟仪器技术，实现了红外传感器硬件系统和数字信号处理技术法，由于算法简单，普通的单片机就能支持。然而，其信噪比较的结合。借助单板机强大的计算处理能力，研究了傅里叶谐波低，导致气体浓度检测精度不高。分析算法在探测器信号处理方面的应用。随着信号