基于FPGA的TDLAS-WMS信号控制系统设计及实现

针对已有的可调谐二极管激光吸收光谱-波长调制光谱（TDLAS-WMS）中所需的谐波检测二倍频信号产生往往需要复杂的“倍频-比较-移相”电路，提出一种新型的TDLAS-WMS控制信号产生方法：利用现场可编程门阵列（FPGA）控制高速数字/模拟（D/A）产生锯齿波扫描信号和正弦波调制信号，叠加后控制激光器实现波长调制扫描；同时，FPGA依据相位信号同步输出一个正弦波调制信号的二倍频方波信号，加入延时补偿环节后，与探测器模块接收到的吸收信号中的正弦波调制信号的相位差为零，解调经过气体吸收后的调制扫描信号。设计了基于该方法的TDLAS-WMS系统方案、高速D/A转换电路、延时电路及FPGA控制流程，实验验证了正弦信号与其二倍频方波延时信号的同步性，将该方法用于某气体检测系统，成功地检出了与浓度相关的二倍频吸收信号，检出幅值得到一定提升，从而验证了该方法的有效性。