FPGA实现的短光程TDLAS CO气体传感系统

"基于FPGA的短光程TDLAS气体传感系统的实现，通过采用CO在2190 cm-1吸收谱线的短光程20cm系统，利用FPGA技术进行激光器驱动、数字滤波和二次解调，实现了高灵敏度气体监测。" 在本文中，研究人员构建了一个基于FPGA的短光程TDLAS（可调谐半导体激光吸收光谱技术）气体传感系统，特别针对一氧化碳（CO）的检测。CO是一种有害气体，对环境和人体健康有严重影响，因此实时监测其浓度至关重要。系统选择了CO在2190 cm-1（对应4.56μm波长）的吸收谱线，这是一个明显的吸收峰，有利于气体检测。 该系统的创新之处在于采用了一个光程仅为20cm的短光程设计，相比于传统长光程系统，这大大减少了设备的体积和复杂性。FPGA在现场可编程门阵列的基础上，执行了多种功能，包括激光器驱动信号的生成、数字滤波和二次解调。驱动信号的生成运用了DDWS（直接数字波形合成）技术，这能精确控制激光器的工作频率。数字滤波和二次解调则通过数字信号处理实现，提高了信号处理的效率和准确性。 二次解调是系统的关键技术之一，它用于从噪声中提取信号，提高测量精度。尽管短光程可能导致测试结果有时存在偏差，但这种设计简化了光路结构，为小型化和便携式气体传感设备的发展提供了可能。 在实验阶段，系统使用标准浓度的CO气体进行了标定和测试，虽然由于光程短可能导致检测下限较高，但结果显示系统能够检测到50ppm的CO浓度，证明了短光程TDLAS系统的可行性。这一成果为后续的微型化和便携式气体监测设备的研发提供了技术参考，有望在环保、工业安全等领域得到应用。