基于DSP的高速便携红外气体分析仪
2015-08-22
从国内现有的红外分析器来看，大部分在线监测仪需上位机配合完成数据的后期处理和保存，前端仅仅完成信号探测和采集的功能，这样的设计在一些安装受限或长期无人监管(如污染源监测)的场合就不能适用了，针对这种状况，本文研究开发一种基于TI公司的DSP的非分光红外气体分析仪，能够独立完成监测工作，并可将数据储存在大容量闪存中或通过GPRS远程传输，该仪器的简洁人机接口使无论测量还是仪器标定都可方便完成，同时USB接口的添加使仪器有了更大的扩展空间，并且仪器拥有多种信号输出方式，可以轻松与各种系统连接。
1 红外分析仪的系统结构
红外分析仪的系统结构框图如图1所示，TMS320F2812DSP发送一定频率的调制信号控制红外光源。红外光源出射的红外光，经过充满待测气体的气室被特定气体吸收，经过滤光片的选择性透过，最后到达对应红外探测器，探测器测得吸收后的光能量的强度，反映了气体吸收红外光的强弱，也就反映了气体的浓度。红外探测器输出的微弱信号，经过精密的前置放大及二级放大滤波电路，得到稳定的信号，信号经过A／D转换，送到DSP进行分析和处理，经过滤波和非线性校正，最终的测量数据将按系统设定和当前仪器状态进行传输，保存，或显示刷新。注意，这里探测器测量通道最少有2路，其中，1路为测量道，1路为参比道，这样可以达到差分测量的效果，形成对系统噪声和干扰的抑制，其他几路传感器和A／D通道用于测量温度、湿度及气体压力，参与浓度的补偿计算。
2 系统硬件设计
在仪器的硬件设计中红外光源，探测器，DSP系统及外围电路，信号放大电路的选择是关键。本仪器红外光源选择了IRL715红外光源，该光源的波长范围为从可见的光波长到5μm，5 V电压驱动下工作寿命可达40 000 h。探测器选择了有两路测量通路的TPS2534G2。DSP采用了美国TI公司的TMS320F2812数字信号处理器，为32位定点DSP，内核提供高达150 MIPS的计算带宽，大大提高了控制系统的控制精度和数据处理能力，其外围电路主要包括：数据采集、开关量输出、人机接口。存储系统和USB通讯接口。信号放大电路使用了两级AD8552运放电路串联，AD855X系列有自动偏置调整的功能，是低频微弱信号检测放大器系统的首选。因本仪器重在高速DSP系统在红外分析仪器上的应用，所以下面特别对DSP的外围电路做个说明。
气体分析仪产品链接：http://www.hncsw.net/product/Gas/
