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现代电子技术Modern Electronics TechniqueJan. 2024Vol. 47 No. 22024年1月15日第47卷第2期0 引 言可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy, TDLAS ）技术具有灵敏度高、通用性强、响应时间短等特点，在大气污染物监测、矿井气体浓度检测等方面取得了广泛应用[1‐4]。
TDLAS 气体检测通常利用含有低频锯齿波和高频正弦波的电流信号对激光器调制，以使出射激光扫描待测气体的吸收谱线，激光被待测气体吸收后光强减弱，从而形成气体吸收峰，吸收峰幅值与气体浓度呈正相关，从而可以反演出待测气体浓度[5‐7]。
DOI ：10.16652/j.issn.1004‐373x.2024.02.017引用格式：徐鹏飞，李炜楠，陈红岩，等.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计[J].现代电子技术，2024，47（2）：89‐94.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计徐鹏飞1， 李炜楠1， 陈红岩2， 叶有祥2（1.中国计量大学 机电工程学院， 浙江 杭州 310018； 2.中国计量大学 现代科技学院， 浙江 义乌 322000）摘 要： 分布反馈（DFB ）激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS ）技术的常用光源之一，在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制，以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。
为了解决上述问题，文中设计一种高精度激光器驱动电路。
由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号，对两个信号输入至OP27GS 构成的信号叠加电路进行叠加后，输出至由OP27GS 、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路，将电压信号转变为激光器的驱动电流；同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。
激光技术在环境监测中的应用研究随着社会的快速发展和工业化进程的不断推进，环境问题日益凸显，对于环境监测的要求也越来越高。
传统的环境监测方法在某些方面存在局限性，而激光技术的出现为环境监测带来了新的机遇和突破。
激光技术具有高分辨率、高灵敏度、非接触式测量等优点，在大气污染监测、水污染监测、土壤污染监测等领域发挥着重要作用。
一、激光技术在大气污染监测中的应用大气污染是当前环境问题中的一个重要方面，对人类健康和生态环境造成了严重威胁。
激光技术在大气污染监测中的应用主要包括对颗粒物、气态污染物和温室气体的监测。
（一）颗粒物监测激光散射法是一种常用的颗粒物监测技术。
当激光照射到颗粒物上时，会发生散射现象，通过测量散射光的强度和角度，可以计算出颗粒物的浓度和粒径分布。
这种方法具有实时性强、测量精度高的优点，能够快速准确地反映大气中颗粒物的变化情况。
（二）气态污染物监测差分吸收激光雷达（DIAL）技术在气态污染物监测中表现出色。
它利用污染物对特定波长激光的吸收特性来测量其浓度。
例如，对于二氧化硫、氮氧化物等污染物，通过发射两种不同波长的激光，一种被污染物强烈吸收，另一种则几乎不被吸收，通过对比两种波长激光的回波信号差异，就可以计算出污染物的浓度。
（三）温室气体监测二氧化碳、甲烷等温室气体的排放是导致全球气候变化的主要原因之一。
激光技术可以实现对这些温室气体的高精度监测。
例如，可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术能够对二氧化碳和甲烷的浓度进行实时、连续监测，为研究温室气体的排放和变化规律提供了重要数据支持。
二、激光技术在水污染监测中的应用水是生命之源，水污染的监测和治理至关重要。
激光技术在水污染监测中的应用主要有水质参数监测和水中污染物检测。
（一）水质参数监测激光诱导荧光（LIF）技术可以用于测量水中的溶解有机物、叶绿素等水质参数。
当激光照射到水样中时，某些物质会发出荧光，通过检测荧光的强度和光谱特征，可以推断出这些物质的浓度，从而反映水质的状况。
毕业论文(设计可调谐二极管激光吸收光谱法检测CO气体的研究The Study of Remote Sensing CO Concentration Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy 姓名与学号 3021121123指导教师年级与专业10级信息工程所在学院和系信息学院光电系毕业论文(设计任务书一、题目:可调谐二极管激光吸收光谱法检测CO气体的研究二、指导教师对毕业论文(设计的进度安排及任务要求:起讫日期 200 年月日至 200 年月日指导教师(签名职称三、系、研究所审核意见:负责人(签名年月日目录摘要 (2英文摘要 (2第一章绪论 (3第二章可调谐激光器 (4第三章红外吸收原理及优点 (8第四章 CO的吸收谱线 (11第五章可调谐二极管激光红外吸收光谱实验原理 (14第六章可调谐二极管激光吸收光谱实验装置 (19第七章结论 (24参考文献 (25摘要可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或者定量分析。
在大气痕量气体和气体泄漏的监测中,为了提高探测的灵敏度,一般会根据具体情况对激光器采取不同的调制技术如波长调制、振幅调制、频率或者位相调制等,同时和长光程吸收池相结合使用,并辅之以各种噪声压缩技术。
TDLAS不仅精度较高,选择性强而且响应速度快,已经广泛用于大气中多种痕量气体的检测以及地面的痕量气体和气体泄漏的检测。
本文介绍了一套可调谐二极管激光吸收光谱检测大气中一氧化碳浓度的实验装置,这套装置具有灵敏度高、检测限低(ppb量级、易于集成为便携式痕量气体检测仪等优点,系统选用近红外光源和探测器,与传统的中红外波长工作器件相比,成本得以降低。
近红外波长光信号利用光纤传输,替代了传统的复杂光路系统,使器件结构小型化。
若激光器的调谐波长范围能覆盖1.3—1.8μm或者在光路中装配几台窄范围可调偕激光器实现波长扫描范围覆盖1.3—1.8μm,则可同时实现对大气中诸多重要痕量气体如C02、CH4、CO、CH20、H2S、NH3、HCI、C2H2等的同步监测。
TDLAS气体检测系统中浓度反演算法的实现王立娜;宋春丽;王文锦;顾利帅;赵巍仑【摘要】基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的气体检测系统,因气体吸收产生的二次谐波信号携带浓度信息,通过浓度反演可实现浓度信息的提取.本文简要介绍了TDLAS气体检测系统,对Matlab下完成的曲线拟合和反演算法仿真以及FPGA内部设计实现的反演算法进行了详细描述,并在一氧化碳检测系统下利用多组待测浓度完成了反演算法的验证.验证结果表明:浓度反演吻合度超过99.9％,反演算法正确,能够完全满足系统设计要求,做到浓度信息的精确提取.基于Matlab的前期数据分析和误差控制设计方法可应用于多领域的产品研制和系统综合测试中.%In the gas detection systembased on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy(TDLAS) technology,for gas absorbing,concentration information carried by the second harmonic signal can be extracted throughthe way of concentration inversion.In this paper,the TDLAS gas detection systemis briefly introduced,the curve fitting and inversion algorithm simulation completed in Matlab and the inversion algorithm designed in FPGA internal are described in detail,and the inversion algorithm validation is accomplished in carbon monoxide detection system with multiple sets of measured concentration.The validation results show that the coincidence degree of concentration inversion is more than99.9％,and the inversion algorithm is correct,which can fully meet the system design requirement and accurately extract the concentration information.The design methodsof pre-data analysis and error controlbased onMatlabcan be applied to multi-field product development and system integration tests.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)007【总页数】5页(P147-150,155)【关键词】TDLAS;气体检测;浓度反演;Matlab;曲线拟合;FPGA【作者】王立娜;宋春丽;王文锦;顾利帅;赵巍仑【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一八研究所河北邯郸056027;中国船舶重工集团公司第七一八研究所河北邯郸056027;中国船舶重工集团公司第七一八研究所河北邯郸056027;中国船舶重工集团公司第七一八研究所河北邯郸056027;中国船舶重工集团公司第七一八研究所河北邯郸056027【正文语种】中文【中图分类】TN911.23可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）技术是目前气体检测领域的主流技术之一，其利用二极管激光器的波长扫描和电流调谐特性对气体浓度进行测量[1-4]。
基于半导体激光器的气体传感器研究基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的气体传感技术在气体浓度检测领域具有其他方法无可比拟的优势：具有很高的测量精度，可达ppm甚至ppb量级；针对性强，不会被其他气体成分干扰，可同时对多种气体进行检测；具有极快的响应速度；测量过程中与气体无接触且不对待测气体产生影响；由于采用DFB激光器检测气体，可以有效抵抗腐蚀及电磁干扰，并且可以工作在人类无法靠近或接触的各种恶劣环境中。
本文主要从利用TDLAS技术对有毒、有害气体如二氧化硫、二氧化氮进行浓度检测出发，介绍了相关的研究背景、研究意义，将其他几种气体浓度检测方法与基于TDLAS的浓度检测方法进行比较，后者表现出巨大的优越性；接着介绍了测量原理，提出了适应不同情况的两种测量方法：直接法和谐波法；随后分别从气体吸收峰的选择、激光器的选择、温控电路设计、程控电流源设计等方面介绍了系统各组成部分具体方案设计，接着得出了大概的测量结果；最后对全文进行总结并对TDLAS技术的发展前景给予展望。
关键词：DFB激光器，TDLAS，二氧化硫，浓度检测，谐波法目录摘要......................................................................... 错误!未定义书签。
Abstract...................................................................... 错误!未定义书签。
目录 (I)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 常见的气体分析技术介绍 (2)1.2.1 化学分析法 (2)1.2.2 气相色谱法 (2)1.2.3 吸收光谱法 (3)1.2.4 可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术 (4)1.3 TDLAS技术国内外研究现状和发展趋势 (5)1.4 本文的主要工作 (6)第二章可调谐半导体激光吸收光谱技术 (7)2.1 检测原理 (7)2.2 气体吸收的两种情况 (8)2.3 吸收峰的锁定方法 (11)2.4 锁相放大技术 (14)第三章基于TDLAS的气体浓度检测系统设计 (15)3.1 系统总体设计 (15)3.2 系统具体方案设计 (15)3.2.1 气体吸收峰的选择 (15)3.2.2 激光器的选择 (17)3.2.3 激光器温控电路设计 (19)3.2.4 激光器程控电流源设计 (20)3.2.5 待测气体气室设计 (21)3.2.6 光电探测器的选择 (22)3.2.7 调理电路的设计 (23)3.3 装置及测量结果 (24)第四章结论和展望 (26)4.1 结论 (26)4.2 展望 (26)第一章绪论1.1 引言随着社会经济的的飞速发展，人们的生活条件显著提升，由此带来的环境问题也愈发严峻。
