首页 > 论文 > 激光与光电子学进展 > 54卷 > 7期(pp:73002--1)

基于CORDIC算法的波长调制光谱技术

CORDIC-Based Wavelength Modulation Spectroscopy

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

介绍了波长调制光谱技术的检测原理,分析了传统的基于现场可编程门阵列(FPGA)的波长调制解调算法的优缺点,进而提出了一种基于坐标旋转数字计算机(CORDIC)原理的FPGA波长调制解调算法。介绍了该算法的原理和基于FPGA的实现过程,总结其相对于传统算法在精度、资源占用、耗时等方面的优势。最后给出该算法的综合和仿真结果,通过和理论对比验证了该算法的准确性,并且比较了两种算法的计算精度和综合后的资源占用情况。

Abstract

This paper introduces the detection principle of wavelength modulation spectroscopy, and analyzes the advantages and disadvantages of the traditional field programmable gate array (FPGA)-based wavelength modulation and demodulation algorithm. Then this paper proposes a FPGA wavelength modulation and demodulation algorithm based on coordinated rotation digital computer (CORDIC) principle. The principle of the proposed algorithm and the implementation process based on FPGA are introduced. Its advantages relative to the traditional algorithm in precision, resource occupancy, time consumption and other aspects are summed up. Finally, synthesis and simulation results of the proposed algorithm are given. The computational accuracy of the algorithm is verified by comparing the simulation result and the theoretical result. The accuracy and synthesized resource occupancy of the two algorithms are also compared.

广告组1 - 空间光调制器+DMD
补充资料

中图分类号:O433

DOI:10.3788/lop54.073002

所属栏目:光谱学

基金项目:国家973计划(2013CB632803)、国家重大科学仪器设备开发专项(2014YQ060537)

收稿日期:2017-02-20

修改稿日期:2017-03-09

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

袁 峰:中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031
何亚柏:中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
姚 路:中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
陈 祥:中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
魏 敏:中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
许振宇:中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
范雪丽:中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
胡佳屹:中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
阚瑞峰:中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031

联系人作者:袁峰(fyuan@aiofm.ac.cn)

备注:袁 峰(1991—),男,硕士研究生,主要从事激光光谱测量及光谱诊断技术方面的研究。

【1】Liu Yunlong. Lock-in amplifier technology research for TDLAS gas sensing system[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2015: 21-35.
刘云龙. 面向TDLAS气体传感系统的锁相放大器技术研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2015: 21-35.

【2】Yao Lu, Liu Wenqing, Liu Jianguo, et al. Research on open-path detection for atmospheric trace gas CO based on TDLAS[J]. Chinese J Laser, 2015, 42(2): 0215003.
姚 路, 刘文青, 刘建国, 等. 基TDLAS的长光程环境大气痕量CO监测方法研究[J]. 中国激光, 2015, 42(2): 0215003.

【3】Yang Chenguang, Kan Ruifeng, Xu Zhenyu, et al. Second derivative of Voigt function[J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(22): 223301.
杨晨光, 阚瑞峰, 许振宇, 等. Voigt线形函数二阶导数研究[J]. 物理学报, 2014, 63(22): 223301.

【4】Sun Pengshuai, Zhang Zhirong, Xia Hua, et al. Study on real-time temperature measurement based on wavelength modulation technology[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(2): 0230001.
孙鹏帅, 张志荣, 夏 滑, 等. 基于波长调制技术的温度实时测量方法研究[J]. 光学学报, 2015, 35(2): 0230001.

【5】Li H, Rieker G B, Liu X, et al. Extension of wavelength-modulation spectroscopy to large modulation depth for diode laser absorption measurements in high-pressure gases[J]. Applied Optics, 2006, 45(5): 1052-1061.

【6】Guo Lulu. Design and implement of digital lock-in amplifier[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2013: 13-23.
郭璐璐. 数字锁相放大器的设计与实现[D]. 大连: 大连理工大学, 2013: 13-23.

【7】Yang Junyi. Study of lock-in amplifier based on FPGA[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2012: 12-19.
杨俊义. 基于FPGA的数字锁相放大器研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2012: 12-19.

【8】Li Jian. Research on the application of digital lock-in amplifier in the detection of weak photoelectric signal[D]. Changchun: Jilin University, 2016: 8-26.
李 健. 数字锁相放大器在微弱光电信号检测中的应用研究[D]. 长春: 吉林大学, 2016: 8-26.

【9】Li Longhua, Liang Tianyi, Jia Yunfang. Design and realization of a MATLAB simulation platform for digital lock-in amplifier′s algorithm[J]. Microelectronics & Computer, 2013, 9(30): 43-45.
李龙华, 梁天翼, 贾芸芳. 数字锁相放大算法MATLAB仿真平台的设计与实现[J]. 微电子学与计算机, 2013, 9(30): 43-45.

【10】Qi Ji. The simulation of modulation coefficient of gas detection system and experiment based on TDLAS[D]. Changchun: Changchun University of Science and Technology, 2014: 16-28.
祁 冀. TDLAS气体检测系统调制系数的仿真及实验研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2014: 16-28.

【11】Xu Zhenyu, Liu Wenqing, Liu Jianguo, et al. Temperature measurements based on tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. Acta Physica Sinica, 2012, 61(23): 234204.
许振宇, 刘文青, 刘建国, 等. 基于可调谐半导体激光器吸收光谱的温度测量方法研究[J]. 物理学报, 2012, 61(23): 234204.

【12】Yao Lu, Liu Wenqing, Kan Ruifeng, et al. Research and development of a compact TDLAS system to measure scramjet combustion temperature[J]. Journal of Experiment in Fluid Mechanics, 2015, 29(1): 71-76.
姚 路, 刘文青, 阚瑞峰, 等. 小型化TDLAS发动机测温系统的研究及进展[J]. 实验流体力学, 2015, 29(1): 71-76.

【13】Fan Songtao, Zhou Yan, Zhang Qiang, et al. Application of FPGA-based digital lock-in amplifier in laser gas detection[J]. Computer Measurement & Control, 2012, 20(21): 3027-3041.
范松涛, 周 燕, 张 强, 等. 基于FPGA的数字锁相放大器在气体探测中的应用[J]. 计算机测量与控制, 2012, 20(21): 3027-3041.

【14】Deng Qiang. Square-root solution and FPGA implementation based on CORDIC algorithm[J]. Communication Technology, 2013, 46(7): 129-131.
邓 强. 利用CORDIC算法计算平方根及其FPGA实现[J]. 通信技术, 2013, 46(7): 129-131.

【15】Ye M, Liu T J, Ye Y, et al. FPGA implementation of CORDIC-based square root operation for parameter extraction of digitalpre-distortion for power amplifiers[C]. 6th Wireless Communications Networking and Mobile Computing, 2010: 1-4.

引用该论文

Yuan Feng,He Yabai,Yao Lu,Chen Xiang,Wei Min,Xu Zhenyu,Fan Xueli,Hu Jiayi,Kan Ruifeng. CORDIC-Based Wavelength Modulation Spectroscopy[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2017, 54(7): 073002

袁 峰,何亚柏,姚 路,陈 祥,魏 敏,许振宇,范雪丽,胡佳屹,阚瑞峰. 基于CORDIC算法的波长调制光谱技术[J]. 激光与光电子学进展, 2017, 54(7): 073002

被引情况

【1】陈祥,阚瑞峰,杨晨光,胡迈,姚路,范雪丽,何亚柏,裴晓凡,刘建国. 基于频分复用波长调制光谱的NO2及NH3浓度测量. 光学学报, 2018, 38(5): 512004--1

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF