甲烷氣體光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種甲烷氣體的監(jiān)測系統(tǒng)，具體為一種利用DSP進(jìn)行信號(hào)處理的甲烷氣體光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由DSP硬件電路和D/A轉(zhuǎn)換模塊，產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)激光器產(chǎn)生相應(yīng)的激光。激光經(jīng)光纖傳輸?shù)竭_(dá)充有甲烷氣體的氣室，并耦合進(jìn)入甲烷氣室，由光電探測器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，獲取帶有甲烷氣體濃度信息的電信號(hào)。電信號(hào)分別經(jīng)過相應(yīng)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(hào)。諧波信號(hào)返回DSP芯片，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后進(jìn)入信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理，獲得氣室里甲烷的濃度，達(dá)到了對(duì)信號(hào)進(jìn)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(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種甲烷氣體的監(jiān)測系統(tǒng)，具體為一種利用DSP進(jìn)行信號(hào)處理的甲烷氣體光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]甲烷是礦井中主要的有害氣體，也是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的最主要?dú)怏w之一。研究實(shí)時(shí)、快速檢測甲烷氣體濃度的傳感器，對(duì)工礦安全運(yùn)行，人身安全及環(huán)境保護(hù)有著十分重要的意義。近年來，基于紅外光譜吸收原理的甲烷氣體光纖傳感器發(fā)展較為迅速，這種新型傳感器具有抗電磁干擾、靈敏度高、安全高效、響應(yīng)速度快、不易中毒等優(yōu)勢，將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳感器。然而它在微弱信號(hào)處理方面對(duì)硬件的要求較高，所以需要尋找一種高精度高靈敏度的裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的處理，來實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷氣體濃度進(jìn)行檢測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)甲烷氣體光纖傳感器對(duì)微弱信號(hào)高精度的檢測，提供一種基于DSP信號(hào)處理的甲烷氣體光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種甲燒氣體濃度光纖傳感器檢測系統(tǒng),包DSP芯片,所述DSP芯片集成有信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)處理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換模塊與激光器的調(diào)制端連接，所述激光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(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與信號(hào)處理模塊的輸入端連接，所述信號(hào)處理模塊的輸出端與IXD連接。
[0006]工作時(shí)，由DSP硬件電路和D/A轉(zhuǎn)換模塊，產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)激光器產(chǎn)生相應(yīng)的激光。激光經(jīng)光纖傳輸?shù)竭_(dá)充有甲烷氣體的氣室，并耦合進(jìn)入甲烷氣室，由光電探測器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，獲取帶有甲烷氣體濃度信息的電信號(hào)。電信號(hào)分別經(jīng)過相應(yīng)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(hào)。諧波信號(hào)返回DSP芯片，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后進(jìn)入信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理，經(jīng)過現(xiàn)有的成熟算法，兩路諧波信號(hào)返回DSP芯片，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入信號(hào)處理模塊進(jìn)行除法運(yùn)算，所得結(jié)果經(jīng)過線性化、零點(diǎn)調(diào)節(jié)等處理后即為所要測量的氣室里甲烷氣體濃度的值，達(dá)到了對(duì)信號(hào)進(jìn)行高精度、高靈敏度處理的要求。
[0007]本實(shí)用新型提供了一種基于DSP信號(hào)處理的甲烷氣體光纖傳感器檢測系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠，解決甲烷光纖傳感器中數(shù)字信號(hào)處理的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中的甲烷氣體濃度進(jìn)行高精度、高靈敏度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0010]一種甲烷氣體濃度光纖傳感器檢測系統(tǒng)，如圖1所示，包括DSP芯片，所述DSP芯片集成有信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)處理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端連接D/A轉(zhuǎn)換模塊接，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端依次通過鎖相放大器和加法器與激光器的調(diào)制端連接；所述激光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(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與信號(hào)處理模塊的輸入端連接，所述信號(hào)處理模塊的輸出端與IXD連接。
[0011]該甲烷氣體檢測系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生、A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理部分都由DSP芯片控制，首先由DSP芯片中的信號(hào)產(chǎn)生模塊輸出正弦序列與三角波序列，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，得到高頻的正弦信號(hào)與低頻的三角波信號(hào)，再經(jīng)過適當(dāng)放大，經(jīng)過加法器疊加后對(duì)激光光源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。調(diào)制后的激光經(jīng)光纖傳輸后通過光纖耦合器耦合進(jìn)入待測甲烷氣體氣室，再通過光纖傳輸?shù)竭_(dá)pin光電探測器，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，此時(shí)的電信號(hào)中包含了調(diào)制信號(hào)的一次諧波以及和甲烷氣體濃度成正比的二次諧波信號(hào)。該電信號(hào)分成兩路，分別經(jīng)過鎖相放大器對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行檢測和放大，分別進(jìn)入不同的帶通濾波器，即根據(jù)高頻正弦信號(hào)與低頻的三角波信號(hào)的頻率不同，選擇相應(yīng)的帶通濾波器，得到一、二次諧波信號(hào)。然后，進(jìn)入DSP芯片的A/D轉(zhuǎn)換電路模塊，經(jīng)信號(hào)處理模塊處理，最后數(shù)據(jù)由IXD進(jìn)行顯示。
【權(quán)利要求】
1.一種甲烷氣體光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括DSP芯片，所述DSP芯片集成有信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)處理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換模塊與激光器的調(diào)制端連接，所述激光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(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與信號(hào)處理模塊的輸入端連接，所述信號(hào)處理模塊的輸出端與IXD連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷氣體光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端依次通過鎖相放大器和加法器與激光器的調(diào)制端連接。
【文檔編號(hào)】G01N21/3504GK204008450SQ201420412287
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王啟銀, 仝利軍 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山西省電力公司大同供電公司