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1、数字信号处理技术在气体检测中的应用第25卷第6期2011年6月电子测量与仪器JoURNALoFELECTR0NlCMEASUREMENTANDINsTRUMENT25ⅣD.6?553?DOI:10-3724/SP.J.1187.2011.00553数字信号处理技术在气体检测中的应用木刘春吴晓玲刘文清(合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009)摘要:数字信号处理技术在去除待测信号中的噪声中有着重要的应用,提出了基于频谱分析方法设计数字滤波器去除二次谐波中干扰噪声的方法,首先对待测信号进行频谱分析,分析后的信号特点作为依据,进行数字滤波器的设计,能使滤波器的技术指标更加准确.在气体
2、的检测中,有效地去除了二次谐波中的噪声,得到更准确的二次谐波曲线,使曲线的拟合更加准确,得到更准确的气体浓度值.关键词:频谱分析;数字滤波技术;平滑度中图分类号:TP274+.2文献标识码:A国家标准学科分类代码:510.80ApplicationsofdigitalprocessingtechnologyingasdetectionLiuChunWuXiaolingLiuWenqing(SchoolofElectricalandAutomationEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Dig
3、italsignalprocessingtechnologyhasimportantapplicationsinremovingthenoiseintheundertestsigna1.Thispaperproposedthedesigningofdigitalfilterbasedonspectrumanalysis.Analyzingthemeasuredsignal'Sspectrumasthebasisfordigitalfilterdesigning.Inthegasdetection,itCanremovethenoiseofsecondharmonicwave—formbe
4、tter.ItCanmakethesecondharmonicwaveformmoreaccurate,thewaveformfittingwillbemuchaccurate,get—ringmoreaccuratevaluesofgasconcentrations.Keywords:spectrumanalysis;digitalfilteringtechnique;smoothness1引言社会的发展使环境受到很大污染,在大气检测和治理方面,气体污染物的检测已经成为必不可少的部分,不仅如此,在有害气体,易燃易爆气体泄漏的环境下工作,气体的检测对人身安全保障显得更为重要【1].在大气
5、检测中,可调谐二极管吸收光谱(TDLAS)技术是应用非常广泛,效果非常好的检测方法.TDLAS大气污染物的光学遥测技术具有灵敏度高,实时,动态性好,多组分同时进行测量的优点,为研究污染形成的具体成因,机理,条件提供了独特的技术手段和测量平台.TDLAS已广泛用于大气污染物的检测技术中,其良好的测量效果得到认可[.本文探讨了基于信号频谱分析设计数字滤波器本文于2011年5月收到.基金项目:国家"863"计划(编号:09AA063006)资助项目.的方法,并通过试验仿真验证了设计的滤波器能够去除二次谐波中的噪声信号,实现了理想的滤波效果.2实验原理根据HITRAN数据库,甲烷(CH4)在16
6、53.72nm附近的波长具有很强的吸收线,并且在此吸收线附近O.5nm附近没有其他气体的强吸收线,根据TDLAS用于气体检测的原理,调整激光二极管发射波长至CH4分子特征吸收区,在待测的CH4气体吸收的中心频率处,对发射激光进行调谐,通常可以获得几纳米的调谐范围.在一定频率范围内的直流电流上叠加正弦波调制电流,再加载到二极管的驱动电流上,由此可以得到激光输出的瞬间频率:=+cosnwt(1)式中:为调制振幅;w为调制频率.实验原理如图1?554?电子测量与仪器第25卷所示,激光二极管的电源驱动电路由DSP得到,波长调制好的激光二极管经过装有待测气体的样品池,入射前后的光强度由Beer-L
7、ambert定理得到:,():lo(2)?R?exp[一()?C?L](2)式中:/o代表输人的光强,是入射后的光的强度,为待测气体样品池反射面的反射率,n为反射次数,6(九)表示分子在频率九处的吸收截面;C为分子数浓度,L为反射的总光程,当or(g).C.L《l,调制振幅足够小的情况下,在附近作傅里叶展开:,()=∑A~(2o)cosnwt(3)n=0傅里叶系数的幅值可以表示为:,:ncl:.得其二次谐波幅值为:(4),=嘉由式(
