[发明专利]一种不分光红外气体分析仪的数字信号处理和控制系统

权利要求书

1.一种不分光红外气体分析仪的数字信号处理和控制系统，包括DSP芯片、红外信号调理电路、电压参考缓冲电路、24位ADC转换电路、温度采集电路、气压采集电路、16位ADC转换电路、外扩SRAM电路、铁电存储器电路、实时时钟电路、带看门狗和电源监控的复位电路、热电阻驱动电路、按键电路、数字量输出电路、RS-232/485接口电路、液晶显示电路、4～20mA/0～20mA输出电路和软件，其特征在于：红外信号调理电路对红外信号放大和滤波，然后，经过24位ADC转化为数字信号送入DSP芯片进行处理，计算结果可以通过液晶显示电路、4～20mA/0～20mA输出电路、RS-232/485接口电路输出；采用基于FFT的幅值谱的方法，对数字信号进行处理，具体过程为，信号经过矩形窗，被矩形窗截断；然后，对截断的数据进行FFT计算，并得到幅值谱；再进行频率校正和幅值校正，得到信号的幅值。

2.如权利要求1所述的一种不分光红外气体分析仪的数字信号处理和控制系统，其特征在于：在红外信号调理电路中，C12、R13构成无源高通滤波器，用于滤除前端电荷放大器输出信号中的直流分量；U4A是电压跟随器，U4B构成差分放大电路；R15和C13构成一个低通滤波器，当负载变化，信号波动时，作为前级运放的隔离；正反并联的肖特基二极管对输入24位ADC转换电路的模拟电位进行钳制，保证24位ADC转换电路正常的输入电压范围；由于红外信号调理电路接收到的红外信号与气体浓度不是线性关系，当对红外信号进行调理和模数转换后，需要建立红外信号幅值与气体浓度之间的关系，并根据这一关系进行线性化处理；采用最小二乘法拟合的方法，建立红外信号幅值与气体浓度之间的关系；为了降低成本和减小测试工作量，只采集零点、中点和终点的数据，采用幂级数展开，再对幂级数进行修正，去掉数值很小的系数项，得出红外信号幅值与气体浓度之间的关系；并且根据不同测量范围的传感器建立不同的数学模型。

3.如权利要求1所述的一种不分光红外气体分析仪的数字信号处理和控制系统，其特征在于：DSP芯片采用TMS320F28335，实现系统中各电路模块的控制和信号处理工作；该芯片最高主频可达150MHz，带浮点运算核，32×32硬件乘法器，6个DMA控制器，片内512KB Flash和68KB SRAM，适合于实时实现运算量大、对精度要求高的数字信号处理算法，并拥有丰富的片上外设资源，包括eCAN、SCI、SPI、McBSP、ePWM、HRPWM、I²C、ADC模块；DSP采用积分分离的PI控制算法，控制温度在                                                ℃内；若环境温度较高，就将温度控制在℃内；在A点之前采用P控制，在A点之后采用PI控制，即在第一个超调中，温度下降到53℃时加入积分项。

4.如权利要求1所述的一种不分光红外气体分析仪的数字信号处理和控制系统，其特征在于：由温度采集电路与热电阻驱动电路组成温度控制电路；在温度采集电路中，传感器选用NTC热敏电阻，采用比例法测量热敏电阻的阻值；由于热敏电阻非线性比较严重，通过并联电阻进行校正；传感器加热元件选用热电阻，将220V交流电进行整流、滤波之后得到310V直流电压，由DSP芯片的ePWM模块控制场效应管对310V直流供电进行斩波，得到一个可控的直流电压加载到热电阻上，以实现温度控制。