基于DSP的高速便攜紅外氣體分析儀
2015-08-22
從國內現有的紅外分析器來看，大部分在線監測儀需上位機配合完成數據的后期處理和保存，前端僅僅完成信號探測和采集的功能，這樣的設計在一些安裝受限或長期無人監管(如污染源監測)的場合就不能適用了，針對這種狀況，本文研究開發一種基于TI公司的DSP的非分光紅外氣體分析儀，能夠獨立完成監測工作，并可將數據儲存在大容量閃存中或通過GPRS遠程傳輸，該儀器的簡潔人機接口使無論測量還是儀器標定都可方便完成，同時USB接口的添加使儀器有了更大的擴展空間，并且儀器擁有多種信號輸出方式，可以輕松與各種系統連接。
1 紅外分析儀的系統結構
紅外分析儀的系統結構框圖如圖1所示，TMS320F2812DSP發送一定頻率的調制信號控制紅外光源。紅外光源出射的紅外光，經過充滿待測氣體的氣室被特定氣體吸收，經過濾光片的選擇性透過，最后到達對應紅外探測器，探測器測得吸收后的光能量的強度，反映了氣體吸收紅外光的強弱，也就反映了氣體的濃度。紅外探測器輸出的微弱信號，經過精密的前置放大及二級放大濾波電路，得到穩定的信號，信號經過A／D轉換，送到DSP進行分析和處理，經過濾波和非線性校正，最終的測量數據將按系統設定和當前儀器狀態進行傳輸，保存，或顯示刷新。注意，這里探測器測量通道最少有2路，其中，1路為測量道，1路為參比道，這樣可以達到差分測量的效果，形成對系統噪聲和干擾的抑制，其他幾路傳感器和A／D通道用于測量溫度、濕度及氣體壓力，參與濃度的補償計算。
2 系統硬件設計
在儀器的硬件設計中紅外光源，探測器，DSP系統及外圍電路，信號放大電路的選擇是關鍵。本儀器紅外光源選擇了IRL715紅外光源，該光源的波長范圍為從可見的光波長到5μm，5 V電壓驅動下工作壽命可達40 000 h。探測器選擇了有兩路測量通路的TPS2534G2。DSP采用了美國TI公司的TMS320F2812數字信號處理器，為32位定點DSP，內核提供高達150 MIPS的計算帶寬，大大提高了控制系統的控制精度和數據處理能力，其外圍電路主要包括：數據采集、開關量輸出、人機接口。存儲系統和USB通訊接口。信號放大電路使用了兩級AD8552運放電路串聯，AD855X系列有自動偏置調整的功能，是低頻微弱信號檢測放大器系統的首選。因本儀器重在高速DSP系統在紅外分析儀器上的應用，所以下面特別對DSP的外圍電路做個說明。
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