新型连续波腔衰荡光谱(cw-crds)信号采集和控制系统

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1、谨以此论文献给所有关心和帮助我的人一——王彬⋯⋯川⋯⋯⋯lY2159705新型连续波腔衰荡光谱(C、v-CRDS)信号采集和控制系统学位论文完成闩期指导教师签字答辩委员会成员签字妒注、。q，、01基赵坐选≥萋■士。1节1伽蛤孝：：一。●I，一j。亿二-y、二；rL}r．u}I～卜f“，}●。卜舻V1j1⋯Ji1独创声明术人声明所呈变的学位论文足本人作导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知．除了文q1特别加以标注和致谢的地方外．论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，l

2、王不包含未获得!建；趣霆直甚地霞噩赞型庄卿鲍!奎篓堕室!或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我

3、一同工作的同志对奉研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作⋯：球⋯期：游r月可a学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保胃、使用学位论文的规定，并同意以下事项：1、学校有权保留许向国家有关部¨或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入CNKI《中国知识盎源总库》，授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。(保密的学位论文在解密后

4、适用本授权书)学位论文作者签名签字日期：沙阻年r月四日u呜却f，j长n一1『：!!f字屉签矗师新导R#签固‘刁≮■IJ呷，q{击萼』．勺rJ一丁J一^{1{一．{{一一j，■L●匿曩}菖∥”：；黪。舅j

5、譬；。}弓l_=一。．-一，萤：l誊皇醚嗣”一，塌川色周翮i■■小1'_山“：1d}，卜恒_，t、_罩^堪Ndy、、，、峙新型连续波腔衰荡光谱(CW．CRDS)信号采集和控制系统摘要腔衰荡光谱(CavityfingdOWnspectroscopy，cRDs)技术作为一种新颖的吸收光谱检测技术，除了传统光谱技术所具有的实时、在线、原位分析能力外，还具有独特的优势：不受光源强度起伏影响，高

6、灵敏度，可自定标，绝对定量测量能力。被广泛研究，并应用到气体浓度检测等领域。本文提出一种新型连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)的信号采集和控制系统，期望获得一种成本低、集成化的连续波腔衰荡光谱测量系统。整个测量系统主要包括控制实现腔的激发和关断模块，以及高速数据采集模块等，这些功能集成在一块以现场可编程逻辑阵列(FPOA)为主芯片的电路板上，因而具有集成化的特点。对于一个腔衰荡光谱实验，能够成功实现腔的激发、关断和高速数据采集精度是影响测量结果的关键。在本系统中，采用FPGA和数模转换器产生三角波形，对激光电流源LDP．3840B进行调制，使激光输出频率在-d,范围内变化，当频率与腔模

7、式谐振时达到腔激发的目的：之后通过快速触发电路中断激光器输出完成激光快速关断。衰荡信号用光电探测器PDAIOCS-EC检测．经高速放大调理后输入到具有高采样率、高分辨率的模拟／数字转换器(AD9244)中实现数字化，再转移到FPOA中缓冲、处理并存储：轫IRAM中：用FPGA控制USB20接口芯片CY7C68013A将数据传输给计算机，经过软件分析计算得到衰荡时间。本论文的主要内容包括：1在介绍腔衰荡光谱原理和相关知识的基础上，讨论了连续波腔衰荡光谱技术的实现方案并阐述了连续波腔衰荡光谱系统的工作原理，简单说明了光学系统中所使用的激光光源等装置的特点；2设计并实现了用于关断激光输出的快

8、速触发电路，设计了高速AD9244的外围输入输出电路和与FPGA芯片的连接电路。3详细描述了在FPGA芯片上实现的各个模块，包括激光电流源调制波形的产生模块、信号放大电路的增益控制模块、数据缓冲FIFO、数据存储RAM和USB数据传输接口控制器；4开发TUSB接口芯片的通信程序和计算机应用程序。最唇对主要的硬件系统进行实物了测试。通过硬件测试，整个电子屯路系统功能基本实现。触发电路成功判断电脏闽值_；{_输川际}【1J{÷号，打敛咀’卜的持续时问能够满足要求：FPGA系统成功产生了激光电流源渊制波形：ADC+FPGA+RAM的数据采集系统的采集速度能够达到65Mbpsf￥JIr删f基木

9、保持14位的精度，可以完成信号的采集。另外，在测试过程中发现触发电路的触发速度还不够快，数据采集系统采集的信号存在一定的毛刺现象，这些问题需要优化电路设计进行改进。其次，由于实验室条件所限，光学系统需要型多的时间搭建，所以本系统没有能够与光学系统进行联合调试。还需要开展进一步的工作。关键词：连续波腔衰荡光谱触发电路FPGA高速数据采集ANovelSignalAcquisitionandControlSystemofContinuousWaveC