基于FPGA的鎖相放大器在多組分氣體檢測(cè)中的應(yīng)用

趙星+李小霞+李勇

摘要：該文介紹了基于光聲光譜技術(shù)的多組分氣體檢測(cè)的基本原理，設(shè)計(jì)了基于FPGA的數(shù)字雙相鎖相放大器，完成了低通濾波器和DDS信號(hào)發(fā)生模塊的仿真設(shè)計(jì)并應(yīng)用于光聲光譜多組分氣體檢測(cè)系統(tǒng)。通過對(duì)不同濃度的[C2H2]， [CO2]，[CO]混合氣體的檢測(cè)結(jié)果表明，該鎖相放大器可以有效提取微弱的光聲信號(hào)，檢測(cè)出[C2H2]， [CO2]，[CO]這三種氣體的濃度，系統(tǒng)檢測(cè)相對(duì)誤差小與5%，精度好且具有一定的穩(wěn)定性，能廣泛應(yīng)用于氣體檢測(cè)中。

關(guān)鍵詞：光聲光譜；FPGA；多組分；鎖相放大器

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）34-8184-02

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和用電需求的日益增長，大型變壓器設(shè)備容量不斷擴(kuò)大，事故率也就隨之增大。長期運(yùn)行或發(fā)生故障的油侵式電力變壓器絕緣油和絕緣材料會(huì)分解出一些氣體，如[C2H2]， [CO2]，和[CO]等[1]。研究表明，變壓器油中溶解氣體是表征運(yùn)行電力變壓器早期潛伏性故障的重要特征量之一[1-2]，油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在變壓器運(yùn)行狀態(tài)的在線評(píng)估及剩余壽命的預(yù)測(cè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)主要方法是氣相色譜法、傳感器法、傅立葉紅外光譜法等[3]，但在長期使用中，這些方法存在取樣復(fù)雜、干擾嚴(yán)重、長期穩(wěn)定性差、檢測(cè)氣體組分不夠齊全等缺點(diǎn)。

光聲光譜技術(shù)作為一種無背景測(cè)量技術(shù)[4-6]，是利用光聲效應(yīng)對(duì)氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)。信號(hào)僅僅由被吸收的光能量產(chǎn)生，具有靈敏度高、響應(yīng)快和檢測(cè)范圍寬等特點(diǎn)，特別適合多組分氣體弱吸收測(cè)量?！?br>