甲烷气体光纤传感器监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种甲烷气体的监测系统，具体为一种利用DSP进行信号处理的甲烷气体光纤传感器监测系统。该系统由DSP硬件电路和D/A转换模块，产生不同的驱动信号，用于驱动激光器产生相应的激光。激光经光纤传输到达充有甲烷气体的气室，并耦合进入甲烷气室，由光电探测器实现光电转换，获取带有甲烷气体浓度信息的电信号。电信号分别经过相应的锁相放大器和不同的带通滤波器，检测出一、二次谐波信号。谐波信号返回DSP芯片，经A/D转换模块后进入信号处理模块进行处理，获得气室里甲烷的浓度，达到了对信号进行高精度、高灵敏度处理的要求。
【专利说明】甲烷气体光纤传感器监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种甲烷气体的监测系统，具体为一种利用DSP进行信号处理的甲烷气体光纤传感器监测系统。
【背景技术】
[0002]甲烷是矿井中主要的有害气体，也是产生温室效应的最主要气体之一。研究实时、快速检测甲烷气体浓度的传感器，对工矿安全运行，人身安全及环境保护有着十分重要的意义。近年来，基于红外光谱吸收原理的甲烷气体光纤传感器发展较为迅速，这种新型传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、安全高效、响应速度快、不易中毒等优势，将逐渐代替传统的传感器。然而它在微弱信号处理方面对硬件的要求较高，所以需要寻找一种高精度高灵敏度的装置来实现对微弱信号的处理，来实现对甲烷气体浓度进行检测。
【发明内容】
[0003]本实用新型为了实现甲烷气体光纤传感器对微弱信号高精度的检测，提供一种基于DSP信号处理的甲烷气体光纤传感器监测系统。
[0004]本实用新型是采用如下技术方案实现的:
[0005]—种甲烧气体浓度光纤传感器检测系统,包DSP芯片,所述DSP芯片集成有信号产生模块、信号处理模块和A/D转换模块，所述信号产生模块的输出端通过D/A转换模块与激光器的调制端连接，所述激光器的输出端通过第一光纤与光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输出端与甲烷气室的输入端连接，所述甲烷气室的输出端通过第二光纤与pin光电探测器的输入端连接，所述pin光电探测器的输出端分成两路分别通过锁相放大器与第一带通滤波器和第二带通滤波器的输入端连接，所述第一带通滤波器和第二带通滤波器的输出端分别与A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与IXD连接。
[0006]工作时，由DSP硬件电路和D/A转换模块，产生不同的驱动信号，用于驱动激光器产生相应的激光。激光经光纤传输到达充有甲烷气体的气室，并耦合进入甲烷气室，由光电探测器实现光电转换，获取带有甲烷气体浓度信息的电信号。电信号分别经过相应的锁相放大器和不同的带通滤波器，检测出一、二次谐波信号。谐波信号返回DSP芯片，经A/D转换模块后进入信号处理模块进行处理，经过现有的成熟算法，两路谐波信号返回DSP芯片，经A/D转换后进入信号处理模块进行除法运算，所得结果经过线性化、零点调节等处理后即为所要测量的气室里甲烷气体浓度的值，达到了对信号进行高精度、高灵敏度处理的要求。
[0007]本实用新型提供了一种基于DSP信号处理的甲烷气体光纤传感器检测系统，该设计结构简单、性能稳定可靠，解决甲烷光纤传感器中数字信号处理的问题，实现对空气中的甲烷气体浓度进行高精度、高灵敏度的实时监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的原理框图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。
[0010]一种甲烷气体浓度光纤传感器检测系统，如图1所示，包括DSP芯片，所述DSP芯片集成有信号产生模块、信号处理模块和A/D转换模块，所述信号产生模块的输出端连接D/A转换模块接，所述D/A转换模块的输出端依次通过锁相放大器和加法器与激光器的调制端连接；所述激光器的输出端通过第一光纤与光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输出端与甲烧气室的输入端连接，所述甲烧气室的输出端通过第二光纤与pin光电探测器的输入端连接，所述Pin光电探测器的输出端分成两路分别通过锁相放大器与第一带通滤波器和第二带通滤波器的输入端连接，所述第一带通滤波器和第二带通滤波器的输出端分别与A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与IXD连接。
[0011]该甲烷气体检测系统的信号产生、A/D转换、信号处理部分都由DSP芯片控制，首先由DSP芯片中的信号产生模块输出正弦序列与三角波序列，经过D/A转换，得到高频的正弦信号与低频的三角波信号，再经过适当放大，经过加法器叠加后对激光光源进行驱动。调制后的激光经光纤传输后通过光纤耦合器耦合进入待测甲烷气体气室，再通过光纤传输到达pin光电探测器，实现光电转换，此时的电信号中包含了调制信号的一次谐波以及和甲烷气体浓度成正比的二次谐波信号。该电信号分成两路，分别经过锁相放大器对微弱信号进行检测和放大，分别进入不同的带通滤波器，即根据高频正弦信号与低频的三角波信号的频率不同，选择相应的带通滤波器，得到一、二次谐波信号。然后，进入DSP芯片的A/D转换电路模块，经信号处理模块处理，最后数据由IXD进行显示。
【权利要求】
1.一种甲烷气体光纤传感器监测系统，其特征在于:包括DSP芯片，所述DSP芯片集成有信号产生模块、信号处理模块和A/D转换模块，所述信号产生模块的输出端通过D/A转换模块与激光器的调制端连接，所述激光器的输出端通过第一光纤与光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输出端与甲烷气室的输入端连接，所述甲烷气室的输出端通过第二光纤与Pin光电探测器的输入端连接，所述pin光电探测器的输出端分成两路分别通过锁相放大器与第一带通滤波器和第二带通滤波器的输入端连接，所述第一带通滤波器和第二带通滤波器的输出端分别与A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与IXD连接。
2.根据权利要求1所述的甲烷气体光纤传感器监测系统，其特征在于:所述D/A转换模块的输出端依次通过锁相放大器和加法器与激光器的调制端连接。
【文档编号】G01N21/3504GK204008450SQ201420412287
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王启银, 仝利军 申请人:国家电网公司, 国网山西省电力公司大同供电公司