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激光气体分析仪中数字滤波器的设计

王洪涛 黄云彪 黄鸿

王洪涛, 黄云彪, 黄鸿. 激光气体分析仪中数字滤波器的设计[J]. 中国光学, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729
引用本文: 王洪涛, 黄云彪, 黄鸿. 激光气体分析仪中数字滤波器的设计[J]. 中国光学, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729
WANG Hong-tao, HUANG Yun-biao, HUANG Hong. Design of digital filter in laser gas analyzer[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729
Citation: WANG Hong-tao, HUANG Yun-biao, HUANG Hong. Design of digital filter in laser gas analyzer[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729

激光气体分析仪中数字滤波器的设计

doi: 10.3788/CO.20130605.0729
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目(No.61101168);中国博士后科学基金资助项目(No.2012M511906,No.2013T60837);重庆市博士后科研资金特别资助项目(No.XM2012001)

详细信息
    作者简介:

    王洪涛(1988-),男,河北唐山人,硕士研究生,2011年于燕山大学获得学士学位,主要从事气体分析、信号获取与处理等方面的研究。E-mail:hebeiwanghongtao@126.com

    通讯作者: 黄鸿
  • 中图分类号: O657.319;TN713

Design of digital filter in laser gas analyzer

  • 摘要: 由于基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的激光气体分析仪的二次谐波信号中存在较大的系统噪声,本文利用有限长单位冲激响应(FIR),提出了激光气体分析仪的二次谐波在线滤波方法。在分析FIR数字滤波器原理的基础上,利用MATLAB窗函数设计了适合本激光气体分析仪的数字滤波器。然后,将仿真的FIR数字滤波算法移植到激光气体分析仪嵌入式系统中。最后,比较了滤波前后二次谐波信号波形,说明了在激光气体分析仪嵌入式系统中采用基于FIR数字滤波器滤波算法的可行性。实验结果表明:FIR数字滤波器对一组二次谐波信号进行滤波的运算时间为230 ms,滤波后的二次谐波信号波形获得了较好的去噪效果,能够满足激光气体分析仪对含有噪声的二次谐波信号进行平滑去噪的要求,且滤波算法结构简单、运算时间短、可移植性强。
  • [1] HINKLY E D. High-resolution infrared spectroscopy with a tunable diode laser[J]. Appl. Phys. Lett.,1970,16(9):351-354. [2] REID J,SHEWCHUN J,GARSIDE B K,et al.. High sensitivity pollution detection employing tunable diode lasers[J]. Appl. Opt.,1978,17(2):300-307. [3] 陈星旦,高静,丁海泉. 论无创血糖监测的红外光谱方法[J]. 中国光学,2012,5(4):317-326. CHEN X D,GAO J,DING H Q. Infrared spectroscopy for non-invasive blood glucose monitoring[J]. Chinese Optics,2012,5(4):317-326.(in Chinese) [4] 郑玉权. 温室气体遥感探测仪器发展现状[J]. 中国光学,2011,4(6):546-561. ZHENG Y Q. Development status of remote sensing instruments for greenhouse gases[J]. Chinese Optics,2011,4(6):546-561.(in Chinese) [5] 潘卫东,张佳薇,戴景民,等. 可调谐半导体激光吸收光谱技术检测痕量乙烯气体的系统研制[J]. 光谱学与光谱分析,2012,32(10):2875-2878. PAN W D,ZHANG J W,DAI J M,et al.. Tunable diode laser absorption spectroscopy system for trace ethylene detection[J]. Spectroscopy and Spectral Anal.,2012,32(10):2875-2878.(in Chinese) [6] 周海金,刘文清,司福祺,等. 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪杂散光抑制[J]. 光学 精密工程,2012,20(11):2331-2337. ZHOU H J,LIU W Q,SI F Q,et al.. Stray light suppression of space-borne differential optical absorption spectrometer for monitoring atmospheric trace gas[J]. Opt. Precision Eng.,2012,20(11):2331-2337.(in Chinese) [7] 朱君, 李志全, 孙宇超. 大运动量后呼出气体主要成分检测系统的设计与研究[J]. 光学与光电技术,2012,10(2):42-46. ZHU J,LI ZH Q,SUN Y CH. Main ingredients of breath gas detection system design and research after great exercise[J]. Opt. Optoelectronic Technol.,2012,10(2):42-46.(in Chinese) [8] 涂兴华,刘文清,王铁栋,等. 基于可调谐二极管激光吸收光谱学对二次谐波检测噪声分析研究[J]. 量子电子学报,2006,23(4):522-526. TU X H,LIU W Q,WANG T D,et al.. Noise analysis of second-harmonic detection with tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. Chinese J. Quantum Electronics,2006,23(4):522-526.(in Chinese) [9] LELEUX D P,CLAPS R,CHEN C,et al.. Applications of Kalman filtering to real-time trace gas concentration measurements[J]. Appl. Phys. B,2002,74(1):85-93. [10] 张帅,刘文清,张玉钧,等. 数字滤波方法在TDLAS气体检测中的应用[J]. 光学学报,2010,30(5):1362-1367. ZHANG SH,LIU W Q,ZHANG Y J,et al.. Application of digital filtering to the gas monitoring with TDLAS[J]. Acta Optica Sinica,2010,30(5):1362-1367.(in Chinese) [11] KAN R F,LIU W Q,ZHANG Y J,et al.. Application of α-β-γ filtering to real-time atmosphere methane concentration measurement[J]. Chinese Phys.,2006,15(6):1379-1385. [12] 邹得宝,陈文亮,杜振辉,等. 数字滤波方法在TDLAS逃逸氨检测中的选用[J]. 光谱学与光谱分析,2012,32(9):2322-2336. ZOU D B,CHEN W L,DU ZH H,et al.. Selection of digital filtering in the escaping ammonia monitoring with TDLAS[J]. Spectroscopy and Spectral Anal.,2012, 32 (9):2322-2336.(in Chinese) [13] PETER W. A review of recent advances in semiconductor laser based gas monitors[J]. Spectrochimica Acta Part A,1998(54):197-236. [14] MITRA S K. 数字信号处理 [M].北京:电子工业出版社,2006. MITRA S K. Digital Signal Processing[M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2006.(in Chinese) [15] 尹传历,李嘉全. 基于位平面的嵌入式超光谱图像压缩系统[J]. 液晶与显示,2012,27(2):245-249. YIN CH L,LI J Q. Embedded hyper-spectral image compression system based on bit-plane[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Displays,2012,27(2):245-249.(in Chinese) [16] 刘陵顺,高艳丽,张树团,等.TMS320F28335 DSP原理及开发编程 [M].北京:北京航空航天大学出版社,2011. LIU L SH,GAO Y L,ZHANG SH T,et al.. The Principle and Development Programming of TMS320F28335 DSP[M]. Beijing:Beihang University Press,2011.(in Chinese)
  • [1] 刘欣, 叶芸, 唐谦, 郭太良.  有机发光二极管显示屏的喷墨打印研究与展望 . 中国光学, 2020, 13(2): 217-228. doi: 10.3788/CO.20201302.0217
    [2] 袁志国, 马修真, 刘晓楠, 穆彦龙, 杨晓涛.  利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究 . 中国光学, 2020, 13(2): 281-289. doi: 10.3788/CO.20201302.0281
    [3] 兰硕, 李新南, 徐晨.  激光合束光学系统气体热效应影响分析 . 中国光学, 2018, 11(1): 108-114. doi: 10.3788/CO.20181101.0108
    [4] 公爽, 田金荣, 李克轩, 郭于鹤洋, 许昌兴, 宋晏蓉.  新型二维材料在固体激光器中的应用研究进展 . 中国光学, 2018, 11(1): 18-30. doi: 10.3788/CO.20181101.0018
    [5] 张家齐, 张立中, 董科研, 王超, 李小明.  二次成像型库德式激光通信终端粗跟踪技术 . 中国光学, 2018, 11(4): 644-653. doi: 10.3788/CO.20181104.0644
    [6] 赵建川, 王春锐, 谢冀江.  非链式脉冲DF激光器放电生成物处理技术 . 中国光学, 2017, 10(2): 241-248. doi: 10.3788/CO.20171002.0241
    [7] 李文智, 韦成华, 高丽红, 马壮, 王富耻, 吴涛涛.  散射光信号与石墨-二氧化硅激光辐照烧蚀阈值的关系 . 中国光学, 2016, 9(6): 642-648. doi: 10.3788/CO.20160906.0642
    [8] 张春雷, 向阳, 于长淞.  高精度干涉仪针孔空间滤波器研制 . 中国光学, 2013, 6(6): 952-957. doi: 10.3788/CO.20130606.952
    [9] 武颖丽, 吴振森.  基于希尔伯特变化的微小振动激光多普勒信号处理 . 中国光学, 2013, 6(3): 415-420. doi: 10.3788/CO.20130603.0415
    [10] 赵慧洁, 宋汪洋, 张颖, 赵峰, 程宣.  声光可调谐滤波器成像光谱仪实时预处理系统 . 中国光学, 2013, 6(4): 577-583. doi: 10.3788/CO.20130604.0577
    [11] 王尧, 刘华, 卢振武, 方超, 荆雷.  基于非成像光学的发光二极管汽车后转向灯透镜设计 . 中国光学, 2012, 5(5): 499-504. doi: 10.3788/CO.20120505.0499
    [12] 谈茜, 饶丰, 张永林, 徐何辰.  由多个高斯函数表征的发光二极管光谱模型 . 中国光学, 2012, 5(5): 493-498. doi: 10.3788/CO.20120505.0493
    [13] 赵亚辉, 范长江.  组合式发光二极管路灯反射器的设计 . 中国光学, 2012, 5(5): 520-524. doi: 10.3788/CO.20120505.0520
    [14] 郝志成, 高文.  多模跟踪技术在轮式侦察车图像处理器的应用 . 中国光学, 2011, 4(5): 480-488.
    [15] 王杰, 高静, 杨保东, 张天才, 王军民.  铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对 780 nm半导体激光器稳频的比较 . 中国光学, 2011, 4(3): 305-312.
    [16] 李桂菊.  利用DSP底层结构提高MPEG-4编码的实时性 . 中国光学, 2011, 4(5): 461-467.
    [17] 鲁剑锋.  无人机光电载荷图像处理器的设计 . 中国光学, 2011, 4(5): 448-452.
    [18] 辛雪军, 陈长征, 张星祥, 许艳军, 任建岳.  平行光管主反射镜组件的非线性有限元分析 . 中国光学, 2010, 3(2): 170-176.
    [19] 李婧, 王蕴珊, 司书春, 徐建强, 高成勇, 周灿林.  基于数字滤波的主动式高光谱成像系统及其波长标定 . 中国光学, 2010, 3(4): 374-378.
    [20] 李东景, 于平, 李先锋, 赵昶宇.  星上定标系统探测器高精度信号处理电路的实现 . 中国光学, 2009, 2(3): 211-217.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-16
  • 修回日期:  2013-09-15
  • 刊出日期:  2013-10-10

激光气体分析仪中数字滤波器的设计

doi: 10.3788/CO.20130605.0729
    基金项目:

    国家自然科学基金资助项目(No.61101168);中国博士后科学基金资助项目(No.2012M511906,No.2013T60837);重庆市博士后科研资金特别资助项目(No.XM2012001)

    作者简介:

    王洪涛(1988-),男,河北唐山人,硕士研究生,2011年于燕山大学获得学士学位,主要从事气体分析、信号获取与处理等方面的研究。E-mail:hebeiwanghongtao@126.com

    通讯作者: 黄鸿
  • 中图分类号: O657.319;TN713

摘要: 由于基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的激光气体分析仪的二次谐波信号中存在较大的系统噪声,本文利用有限长单位冲激响应(FIR),提出了激光气体分析仪的二次谐波在线滤波方法。在分析FIR数字滤波器原理的基础上,利用MATLAB窗函数设计了适合本激光气体分析仪的数字滤波器。然后,将仿真的FIR数字滤波算法移植到激光气体分析仪嵌入式系统中。最后,比较了滤波前后二次谐波信号波形,说明了在激光气体分析仪嵌入式系统中采用基于FIR数字滤波器滤波算法的可行性。实验结果表明:FIR数字滤波器对一组二次谐波信号进行滤波的运算时间为230 ms,滤波后的二次谐波信号波形获得了较好的去噪效果,能够满足激光气体分析仪对含有噪声的二次谐波信号进行平滑去噪的要求,且滤波算法结构简单、运算时间短、可移植性强。

English Abstract

王洪涛, 黄云彪, 黄鸿. 激光气体分析仪中数字滤波器的设计[J]. 中国光学, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729
引用本文: 王洪涛, 黄云彪, 黄鸿. 激光气体分析仪中数字滤波器的设计[J]. 中国光学, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729
WANG Hong-tao, HUANG Yun-biao, HUANG Hong. Design of digital filter in laser gas analyzer[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729
Citation: WANG Hong-tao, HUANG Yun-biao, HUANG Hong. Design of digital filter in laser gas analyzer[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5): 729-735. doi: 10.3788/CO.20130605.0729
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