激光气体分析仪的激光驱动信号发生器.pdf

《激光气体分析仪的激光驱动信号发生器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光气体分析仪的激光驱动信号发生器.pdf（9页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 104165862 A (43)申请公布日 2014.11.26 CN 104165862 A (21)申请号 201410402516.9 (22)申请日 2014.08.16 G01N 21/39(2006.01) (71)申请人 山西森达源科技有限公司 地址 030006 山西省太原市高新区亚日街 1 号 (72)发明人 武学春 段永亮 吕小云 张志星 (74)专利代理机构 太原高欣科创专利代理事务 所 ( 普通合伙 ) 14109 代理人 冷锦超 吴立 (54) 发明名称 激光气体分析仪的激光驱动信号发生器 (57) 摘要 本发明涉及激光气体分析仪的激光驱动信。

2、 号发生器 ； 解决的技术问题为 ： 提供一种噪声低、 输出频率灵活调节、 输出频率范围宽的激光气体 分析仪的激光驱动信号发生器 ； 采用的技术方案 为 ： FPGA 芯片的两个信号输出端分别与数字电位 器和 DA 转换芯片相连， 数字电位器与第一运算放 大器相连， 第一运算放大器与频率可调的带通滤 波器相连， 带通滤波器与第一电压跟随器相连， DA 转换芯片与第二运算放大器相连， 第二运算放大 器与第一低通滤波器相连， 第一低通滤波器与第 二电压跟随器相连， 第二电压跟随器和第一电压 跟随器均与加法器相连， 加法器与第二低通滤波 器相连， 第二低通滤波器与第三电压跟随器相连， 第三电压跟随器。

3、的输出端为所述信号发生器的输 出端 ； 适用于电路系统领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104165862 A CN 104165862 A 1/2 页 2 1. 激光气体分析仪的激光驱动信号发生器， 其特征在于 ： 包括 ： FPGA 芯片 （1） ， 所述 FPGA 芯片 （1） 的两个信号输出端分别与数字电位器 （2） 和 DA 转换芯片 （3） 相连， 所述数字 电位器 （2） 与第一运算放大器 （4） 相连， 所述。

4、第一运算放大器 （4） 与频率可调的带通滤波器 （5） 相连， 所述带通滤波器 （5） 与第一电压跟随器 （6） 相连， 所述 DA 转换芯片 （3） 与第二运 算放大器 （7） 相连， 所述第二运算放大器 （7） 与第一低通滤波器 （8） 相连， 所述第一低通滤 波器 （8） 与第二电压跟随器 （9） 相连， 所述第二电压跟随器 （9） 和第一电压跟随器 （6） 均与 加法器 （10） 相连， 所述加法器 （10） 与第二低通滤波器 （11） 相连， 所述第二低通滤波器 （11） 与第三电压跟随器 （12） 相连， 所述第三电压跟随器 （12） 与 V/I 转换器 （13） 相连， 所述 V。

5、/I 转换器 （13） 的输出端为所述信号发生器的输出端。 2. 根据权利要求 1 所述的激光气体分析仪的激光驱动信号发生器， 其特征在于 ： 所述 第一运算放大器 （4） 包括 ： 运放芯片 U1， 所述运放芯片 U1 的同相输入端串接电阻 R1 后与 所述数字电位器 （2） 的输出端 A1 相连， 所述运放芯片 U1 的反相输入端并接电阻 R2 的一端 后与电阻 R3 的一端相连， 所述电阻 R2 的另一端接地， 所述电阻 R3 的另一端与所述运放芯 片 U1 的输出端相连， 所述运放芯片 U1 的电源负端并接电容 C1 的一端后与 -5V 电压相连， 所述运放芯片 U1 的电源正端并接电。

6、容 C2 的一端后与 +5V 电压相连， 所述电容 C1 的另一端 和电容 C2 的另一端均接地 ； 所述带通滤波器 （5） 包括 ： 运放芯片 U2、 运放芯片 U3 和运放芯片 U4， 所述运放芯片 U2 的反相输入端并接电阻 R4 的一端、 电阻 R5 的一端、 电容 C3 的一端和可调电阻 RP1 的一个 固定端后与电容 C4 的一端相连， 所述电阻 R4 的另一端与所述运放芯片 U1 的输出端相连， 所述电阻 R5 的另一端并接电容 C3 的另一端和运放芯片 U2 的输出端后与电阻 R6 的一端相 连， 所述电阻 R6 的另一端并接所述运放芯片 U3 的反相输入端后与电阻 R7 的一。

7、端相连， 所 述可调电阻 RP1 的另一个固定端并接电容 C4 的另一端和电容 C5 的一端后与所述运放芯片 U4 的输出端相连， 所述电容 C5 的另一端并接所述运放芯片 U4 的反相输入端后与可变电阻 RP2 的一个固定端相连， 所述可变电阻 RP2 的另一个固定端并接所述电阻 R7 的另一端和所 述运放芯片 U3 的输出端后与电容 C6 的一端相连， 所述运放芯片 U2 的同相输入端、 所述运 放芯片 U3 的同相输入端和所述运放芯片 U4 的同相输入端均接地 ； 所述第一电压跟随器 （6） 包括 ： 运放芯片 U5， 所述运放芯片 U5 的同相输入端并接电阻 R8 的一端后与电阻 R9。

8、 的一端相连， 所述电阻 R8 的另一端与所述电容 C6 的另一端相连， 所 述电阻 R9 的另一端接地， 所述运放芯片 U5 的反相输入端并接所述运放芯片 U5 的输出端后 与电阻 R10 的一端相连 ； 所述第一低通滤波器 （8） 包括 ： 运放芯片 U6， 所述运放芯片 U6 的反相输入端并接电容 C7 的一端后与电阻 R11 的一端相连， 所述运放芯片 U6 的同相输入端串接电阻 R12 后接地， 所述电阻 R11 的另一端并接电阻 R13 的一端和电容 C8 的一端后与电阻 R14 的一端相连， 所 述电阻R14的另一端与所述第二运算放大器 （7） 的输出端A2相连， 所述电容C8的。

9、另一端接 地， 所述电阻 R13 的另一端并接所述电容 C7 的另一端后与所述运放芯片 U6 的输出端相连， 所述运放芯片 U6 的电源负端并接电容 C9 的一端后与 -5V 电压相连， 所述运放芯片 U6 的电 源正端并接电容 C10 的一端后与 +5V 电压相连， 所述电容 C9 的另一端和电容 C10 的另一端 均接地 ； 所述第二电压跟随器 （9） 包括 ： 运放芯片 U7， 所述运放芯片 U7 的同相输入端串接电阻 权 利 要 求 书 CN 104165862 A 2 2/2 页 3 R15后与所述运放芯片U6的输出端相连， 所述运放芯片U7的反相输入端并接所述运放芯片 U7 的输出。

10、端后与电阻 R16 的一端相连 ； 所述加法器 （10） 包括 ： 运放芯片 U8， 所述运放芯片 U8 的同相输入端并接所述电阻 R10 的另一端后与所述电阻 R16 的另一端相连， 所述运放芯片 U8 的反相输入端并接电阻 R17 的 一端后与电阻 R18 的一端相连， 所述电阻 R17 的另一端接地， 所述电阻 R18 的另一端与所述 运放芯片 U8 的输出端相连， 所述运放芯片 U8 的电源负端并接电容 C11 的一端后与 -5V 电 压相连， 所述运放芯片U8的电源正端并接电容C12的一端后与+5V电压相连， 所述电容C11 的另一端和电容 C12 的另一端均接地 ； 所述第二低通滤。

11、波器 （11） 包括 ： 运放芯片 U9， 所述运放芯片 U9 的反相输入端并接电 容 C13 的一端后与电阻 R20 的一端相连， 所述运放芯片 U9 的同相输入端串接电阻 R21 后接 地， 所述电阻 R20 的另一端并接电阻 R22 的一端和电容 C14 的一端后与电阻 R19 的一端相 连， 所述电阻 R19 的另一端与所述运放芯片 U8 的输出端相连， 所述电容 C14 的另一端接地， 所述电阻 R22 的另一端并接所述电容 C13 的另一端后与所述运放芯片 U9 的输出端相连， 所 述运放芯片 U9 的电源负端并接电容 C15 的一端后与 -5V 电压相连， 所述运放芯片 U9 的。

12、电 源正端并接电容 C16 的一端后与 +5V 电压相连， 所述电容 C15 的另一端和电容 C16 的另一 端均接地 ； 所述第三电压跟随器 （12） 包括 ： 运放芯片U10， 所述运放芯片U10的正相输入端串接电 阻 R23 后与所述运放芯片 U9 的输出端相连， 所述运放芯片 U10 的反相输入端与所述运放芯 片 U10 的输出端相连， 所述运放芯片 U10 的输出端与所述 V/I 转换器 （13） 的输入端 B1 相 连。 3. 根据权利要求 2 所述的激光气体分析仪的激光驱动信号发生器， 其特征在于 ： 所述 运放芯片 U1、 运放芯片 U2、 运放芯片 U3、 运放芯片 U4、 。

13、运放芯片 U5、 运放芯片 U6、 运放芯片 U7、 运放芯片 U8 和运放芯片 U9 的型号为 OP4177ARU， 或为 OP2177ARMZ。 权 利 要 求 书 CN 104165862 A 3 1/5 页 4 激光气体分析仪的激光驱动信号发生器 技术领域 0001 本发明涉及激光领域， 具体涉及激光气体分析仪的激光驱动信号发生器。 背景技术 0002 在激光在线气体分析系统中， 激光器是非常重要的器件， 在目前的激光在线气体 分析系统中， 采用的技术有两种 ： 直接吸收光谱技术和波长调制光谱技术 （WMS） ， 相较于直 接吸收光谱技术， 波长调制光谱技术 （WMS） 可将系统的测量。

14、灵敏度提高 1001000 倍， 而其 关键技术在于 ： 实现对激光器的低噪声信号的驱动和解调 ； 国外的 DFB 激光器在 2234nm 波 段对应 CO 气体的吸收线强为 10-21的数量级， 系统要想达到 ppb 级气体的探测灵敏度， 其前 端电路驱动部分的电流噪声应该小于 2A， V-I 部分的模拟电路部分的信号发生器的幅度 噪声和相位噪声的信噪比 （SNR） 应该满足在 80dB 以上 ； 而激光驱动信号直接关系到激光器 的光谱噪声， 会影响激光器的性能稳定性， 乃至影响整个系统的测量性能、 信噪比以及测量 灵敏度， 所以， 激光气体分析仪的激光驱动信号发生器的幅度噪声、 Jitte。

15、r 噪声以及温漂特 性将会直接影响整个系统的测量准确度。 0003 激光驱动信号实质上是由两个不同信号经过频率合成后而得到的， 常用的频率合 成技术有直接式、 直接数字式和混合式， 而市场上一般的数字频率合成器 DDS 芯片由于受 限于 DA 量化噪声、 与系统扫描信号为非同源驱动等因素， 很难满足系统的需求 ； 因此， 一个 低噪声、 输出频率可灵活调节、 输出频率范围较宽以及输出波形信号较稳定的激光气体分 析仪的激光驱动信号发生器显得尤为重要。 发明内容 0004 本发明克服现有技术存在的不足， 所要解决的技术问题为 ： 提供一种噪声较低、 输 出频率可灵活调节、 输出频率范围较宽的激光气。

16、体分析仪的激光驱动信号发生器。 0005 为了解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案为 ： 激光气体分析仪的激光驱动 信号发生器， 包括 ： FPGA 芯片， 所述 FPGA 芯片的两个信号输出端分别与数字电位器和 DA 转 换芯片相连， 所述数字电位器与第一运算放大器相连， 所述第一运算放大器与频率可调的 带通滤波器相连， 所述带通滤波器与第一电压跟随器相连， 所述 DA 转换芯片与第二运算放 大器相连， 所述第二运算放大器与第一低通滤波器相连， 所述第一低通滤波器与第二电压 跟随器相连， 所述第二电压跟随器和第一电压跟随器均与加法器相连， 所述加法器与第二 低通滤波器相连， 所述第二低通。

17、滤波器与第三电压跟随器相连， 所述第三电压跟随器与 V/I 转换器相连， 所述 V/I 转换器的输出端为所述信号发生器的输出端。 0006 所述第一运算放大器包括 ： 运放芯片 U1， 所述运放芯片 U1 的同相输入端串接电阻 R1 后与所述数字电位器的输出端 A1 相连， 所述运放芯片 U1 的反相输入端并接电阻 R2 的 一端后与电阻 R3 的一端相连， 所述电阻 R2 的另一端接地， 所述电阻 R3 的另一端与所述运 放芯片 U1 的输出端相连， 所述运放芯片 U1 的电源负端并接电容 C1 的一端后与 -5V 电压相 连， 所述运放芯片 U1 的电源正端并接电容 C2 的一端后与 +5。

18、V 电压相连， 所述电容 C1 的另 说 明 书 CN 104165862 A 4 2/5 页 5 一端和电容C2的另一端均接地 ； 所述带通滤波器包括 ： 运放芯片U2、 运放芯片U3和运放芯 片 U4， 所述运放芯片 U2 的反相输入端并接电阻 R4 的一端、 电阻 R5 的一端、 电容 C3 的一端 和可调电阻 RP1 的一个固定端后与电容 C4 的一端相连， 所述电阻 R4 的另一端与所述运放 芯片 U1 的输出端相连， 所述电阻 R5 的另一端并接电容 C3 的另一端和运放芯片 U2 的输出 端后与电阻 R6 的一端相连， 所述电阻 R6 的另一端并接所述运放芯片 U3 的反相输入端。

19、后与 电阻 R7 的一端相连， 所述可调电阻 RP1 的另一个固定端并接电容 C4 的另一端和电容 C5 的 一端后与所述运放芯片 U4 的输出端相连， 所述电容 C5 的另一端并接所述运放芯片 U4 的反 相输入端后与可变电阻 RP2 的一个固定端相连， 所述可变电阻 RP2 的另一个固定端并接所 述电阻R7的另一端和所述运放芯片U3的输出端后与电容C6的一端相连， 所述运放芯片U2 的同相输入端、 所述运放芯片U3的同相输入端和所述运放芯片U4的同相输入端均接地 ； 所 述第一电压跟随器包括 ： 运放芯片 U5， 所述运放芯片 U5 的同相输入端并接电阻 R8 的一端 后与电阻 R9 的一。

20、端相连， 所述电阻 R8 的另一端与所述电容 C6 的另一端相连， 所述电阻 R9 的另一端接地， 所述运放芯片U5的反相输入端并接所述运放芯片U5的输出端后与电阻R10 的一端相连 ； 所述第一低通滤波器包括 ： 运放芯片 U6， 所述运放芯片 U6 的反相输入端并接 电容 C7 的一端后与电阻 R11 的一端相连， 所述运放芯片 U6 的同相输入端串接电阻 R12 后 接地， 所述电阻 R11 的另一端并接电阻 R13 的一端和电容 C8 的一端后与电阻 R14 的一端相 连， 所述电阻 R14 的另一端与所述第二运算放大器的输出端 A2 相连， 所述电容 C8 的另一端 接地， 所述电阻。

21、 R13 的另一端并接所述电容 C7 的另一端后与所述运放芯片 U6 的输出端相 连， 所述运放芯片U6的电源负端并接电容C9的一端后与-5V电压相连， 所述运放芯片U6的 电源正端并接电容 C10 的一端后与 +5V 电压相连， 所述电容 C9 的另一端和电容 C10 的另一 端均接地 ； 所述第二电压跟随器包括 ： 运放芯片 U7， 所述运放芯片 U7 的同相输入端串接电 阻 R15 后与所述运放芯片 U6 的输出端相连， 所述运放芯片 U7 的反相输入端并接所述运放 芯片 U7 的输出端后与电阻 R16 的一端相连 ； 所述加法器包括 ： 运放芯片 U8， 所述运放芯片 U8 的同相输入。

22、端并接所述电阻 R10 的另一端后与所述电阻 R16 的另一端相连， 所述运放芯 片 U8 的反相输入端并接电阻 R17 的一端后与电阻 R18 的一端相连， 所述电阻 R17 的另一端 接地， 所述电阻 R18 的另一端与所述运放芯片 U8 的输出端相连， 所述运放芯片 U8 的电源负 端并接电容 C11 的一端后与 -5V 电压相连， 所述运放芯片 U8 的电源正端并接电容 C12 的一 端后与+5V电压相连， 所述电容C11的另一端和电容C12的另一端均接地 ； 所述第二低通滤 波器包括 ： 运放芯片 U9， 所述运放芯片 U9 的反相输入端并接电容 C13 的一端后与电阻 R20 的一。

23、端相连， 所述运放芯片 U9 的同相输入端串接电阻 R21 后接地， 所述电阻 R20 的另一端 并接电阻 R22 的一端和电容 C14 的一端后与电阻 R19 的一端相连， 所述电阻 R19 的另一端 与所述运放芯片 U8 的输出端相连， 所述电容 C14 的另一端接地， 所述电阻 R22 的另一端并 接所述电容 C13 的另一端后与所述运放芯片 U9 的输出端相连， 所述运放芯片 U9 的电源负 端并接电容 C15 的一端后与 -5V 电压相连， 所述运放芯片 U9 的电源正端并接电容 C16 的一 端后与+5V电压相连， 所述电容C15的另一端和电容C16的另一端均接地 ； 所述第三电压。

24、跟 随器包括 ： 运放芯片 U10， 所述运放芯片 U10 的正相输入端串接电阻 R23 后与所述运放芯片 U9的输出端相连， 所述运放芯片U10的反相输入端与所述运放芯片U10的输出端相连， 所述 运放芯片 U10 的输出端与所述 V/I 转换器 13 的输入端 B1 相连。 0007 所述运放芯片 U1、 运放芯片 U2、 运放芯片 U3、 运放芯片 U4、 运放芯片 U5、 运放芯片 说 明 书 CN 104165862 A 5 3/5 页 6 U6、 运放芯片 U7、 运放芯片 U8 和运放芯片 U9 的型号为 OP4177ARU， 或为 OP2177ARMZ。 0008 本发明与现有。

25、技术相比具有以下有益效果 ： 本发明中， 一方面， FPGA 芯片经过数字电位器产生幅度可调的方波信号， 该方波信号 经过第一运算放大器连接带通滤波器后产生特定频率的正弦波信号， 再经过第一电压跟随 器后输入加法器， 另一方面， FPGA 芯片经过 DA 转换芯片连接第二运算放大器产生三角波信 号， 该三角波信号经过第一低通滤波器和第二电压跟随器后输入加法器， 上述两个输入加 法器的信号经过加法器频率合成后输出信号至第二低通滤波器， 该信号最后经过第三电压 跟随器进行输出 ； 由于上述的方波信号和三角波信号均由 FPGA 芯片产生， 属于同源信号， 使得两个输入信号的相位噪声有大幅度减小， 提。

26、高了整个系统的测量性能 ； 通过频率可调 的带通滤波器中的调节元件， 可对带通滤波器的中心频率进行实时准确地调节， 灵活调节 激光气体分析仪的激光驱动信号发生器的输出频率， 以寻找满足系统最优性能的载波频率 输出 ； 通过数字电位器、 第一低通滤波器和第二低通滤波器， 使得激光气体分析仪的激光驱 动信号发生器的输出频率具有较宽范围， 可方便实现载波信号的任意 N 倍频和动态调频 ； 此外， 相比于一般的数字信号发生器 DDS 器件， 本发明中的激光气体分析仪的激光驱动信 号发生器是模拟信号发生器， 输出的是模拟信号， 克服了 DA 量化噪声大的缺点， 使激光在 线气体分析系统中的激光器输入信号。

27、精度高、 噪声低以及稳定性好。 附图说明 0009 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明 ； 图 1 为本发明的电路结构示意图 ； 图 2 为本发明的电路原理图 ； 图中 ： 1 为 FPGA 芯片， 2 为数字电位器， 3 为 DA 转换芯片， 4 为第一运算放大器， 5 为带 通滤波器， 6为第一电压跟随器， 7为第二运算放大器， 8为第一低通滤波器， 9为第二电压跟 随器， 10 为加法器， 11 为第二低通滤波器， 12 为第三电压跟随器， 13 为 V/I 转换器。 具体实施方式 0010 如图 1 所示， 激光气体分析仪的激光驱动信号发生器， 包括 ： FPGA 芯片 1， 所述。

28、 FPGA芯片1的两个信号输出端分别与数字电位器2和DA转换芯片3相连， 所述数字电位器 2 与第一运算放大器 4 相连， 所述第一运算放大器 4 与频率可调的带通滤波器 5 相连， 所述 带通滤波器 5 与第一电压跟随器 6 相连， 所述 DA 转换芯片 3 与第二运算放大器 7 相连， 所 述第二运算放大器 7 与第一低通滤波器 8 相连， 所述第一低通滤波器 8 与第二电压跟随器 9 相连， 所述第二电压跟随器 9 和第一电压跟随器 6 均与加法器 10 相连， 所述加法器 10 与 第二低通滤波器 11 相连， 所述第二低通滤波器 11 与第三电压跟随器 12 相连， 由于激光器 是电。

29、流驱动器件， 而第三电压跟随器 12 产生的是电压信号， 所以需要将电压信号通过电压 / 电流转换器转换为激光器所需的电流信号， 故所述第三电压跟随器 12 还与 V/I 转换器 13 相连， 而所述 V/I 转换器 13 的输出端为所述信号发生器的输出端。 0011 如图2所示， 所述第一运算放大器4包括 ： 运放芯片U1， 所述运放芯片U1的同相输 入端串接电阻 R1 后与所述数字电位器 2 的输出端 A1 相连， 所述运放芯片 U1 的反相输入端 并接电阻 R2 的一端后与电阻 R3 的一端相连， 所述电阻 R2 的另一端接地， 所述电阻 R3 的另 说 明 书 CN 104165862。

30、 A 6 4/5 页 7 一端与所述运放芯片 U1 的输出端相连， 所述运放芯片 U1 的电源负端并接电容 C1 的一端后 与 -5V 电压相连， 所述运放芯片 U1 的电源正端并接电容 C2 的一端后与 +5V 电压相连， 所述 电容 C1 的另一端和电容 C2 的另一端均接地 ； 本实施例中， 所述运放芯片 U1 与电阻 R1、 电 阻R2和电阻R3构成增益可调的运算放大电路， 可以通过调节电阻R1、 电阻R2和电阻R3的 阻值改变该运算放大电路的放大倍数， 电容 C1 和电容 C2 为运放芯片 U1 的电源进行滤波。 0012 所述带通滤波器 5 包括 ： 运放芯片 U2、 运放芯片 U。

31、3 和运放芯片 U4， 所述运放芯片 U2的反相输入端并接电阻R4的一端、 电阻R5的一端、 电容C3的一端和可调电阻RP1的一个 固定端后与电容 C4 的一端相连， 所述电阻 R4 的另一端与所述运放芯片 U1 的输出端相连， 所述电阻 R5 的另一端并接电容 C3 的另一端和运放芯片 U2 的输出端后与电阻 R6 的一端相 连， 所述电阻 R6 的另一端并接所述运放芯片 U3 的反相输入端后与电阻 R7 的一端相连， 所 述可调电阻 RP1 的另一个固定端并接电容 C4 的另一端和电容 C5 的一端后与所述运放芯片 U4 的输出端相连， 所述电容 C5 的另一端并接所述运放芯片 U4 的反。

32、相输入端后与可变电阻 RP2 的一个固定端相连， 所述可变电阻 RP2 的另一个固定端并接所述电阻 R7 的另一端和所 述运放芯片 U3 的输出端后与电容 C6 的一端相连， 所述运放芯片 U2 的同相输入端、 所述运 放芯片U3的同相输入端和所述运放芯片U4的同相输入端均接地 ； 本实施例中， 所述运放芯 片 U4、 电容 C5 和可变电阻 RP2 为积分电路， 与电容 C4 和可调电阻 RP1 构成反馈网络， 反馈 到运放芯片 U2 的反相输入端， 整体构成频率可调的带通滤波电路， 通过调整可调电阻 RP1 和可变电阻 RP2 的阻值实现频率可调。 0013 所述第一电压跟随器 6 对电路。

33、起到缓冲隔离的作用， 包括 ： 运放芯片 U5， 所述运放 芯片 U5 的同相输入端并接电阻 R8 的一端后与电阻 R9 的一端相连， 所述电阻 R8 的另一端 与所述电容 C6 的另一端相连， 所述电阻 R9 的另一端接地， 所述运放芯片 U5 的反相输入端 并接所述运放芯片 U5 的输出端后与电阻 R10 的一端相连。 0014 所述第一低通滤波器 8 包括 ： 运放芯片 U6， 所述运放芯片 U6 的反相输入端并接电 容 C7 的一端后与电阻 R11 的一端相连， 所述运放芯片 U6 的同相输入端串接电阻 R12 后接 地， 所述电阻R11的另一端并接电阻R13的一端和电容C8的一端后与。

34、电阻R14的一端相连， 所述电阻 R14 的另一端与所述第二运算放大器 （7） 的输出端 A2 相连， 所述电容 C8 的另一 端接地， 所述电阻 R13 的另一端并接所述电容 C7 的另一端后与所述运放芯片 U6 的输出端 相连， 所述运放芯片U6的电源负端并接电容C9的一端后与-5V电压相连， 所述运放芯片U6 的电源正端并接电容 C10 的一端后与 +5V 电压相连， 所述电容 C9 的另一端和电容 C10 的另 一端均接地 ； 本实施例中， 电容 C9 和电容 C10 为运放芯片 U6 的电源进线滤波， 并且所述第 一低通滤波器 8 为二阶多路反馈低通滤波器， 二阶的低通滤波相较于一阶。

35、的低通滤波其效 果更好。 0015 所述第二电压跟随器 9 对电路起到缓冲隔离的作用， 包括 ： 运放芯片 U7， 所述运放 芯片 U7 的同相输入端串接电阻 R15 后与所述运放芯片 U6 的输出端相连， 所述运放芯片 U7 的反相输入端并接所述运放芯片 U7 的输出端后与电阻 R16 的一端相连。 0016 所述加法器 10 包括 ： 运放芯片 U8， 所述运放芯片 U8 的同相输入端并接所述电阻 R10 的另一端后与所述电阻 R16 的另一端相连， 所述运放芯片 U8 的反相输入端并接电阻 R17 的一端后与电阻 R18 的一端相连， 所述电阻 R17 的另一端接地， 所述电阻 R18 。

36、的另一 端与所述运放芯片 U8 的输出端相连， 所述运放芯片 U8 的电源负端并接电容 C11 的一端后 说 明 书 CN 104165862 A 7 5/5 页 8 与 -5V 电压相连， 所述运放芯片 U8 的电源正端并接电容 C12 的一端后与 +5V 电压相连， 所 述电容 C11 的另一端和电容 C12 的另一端均接地 ； 本实施例中， 电容 C11 和电容 C12 为运放 芯片 U8 的电源进线滤波， 电阻 R17 和电阻 R18 构成反馈回路。 0017 所述第二低通滤波器 11 的功能与第一低通滤波器 8 相同， 包括 ： 运放芯片 U9， 所 述运放芯片 U9 的反相输入端并。

37、接电容 C13 的一端后与电阻 R20 的一端相连， 所述运放芯片 U9 的同相输入端串接电阻 R21 后接地， 所述电阻 R20 的另一端并接电阻 R22 的一端和电容 C14 的一端后与电阻 R19 的一端相连， 所述电阻 R19 的另一端与所述运放芯片 U8 的输出端 相连， 所述电容 C14 的另一端接地， 所述电阻 R22 的另一端并接所述电容 C13 的另一端后与 所述运放芯片U9的输出端相连， 所述运放芯片U9的电源负端并接电容C15的一端后与-5V 电压相连， 所述运放芯片 U9 的电源正端并接电容 C16 的一端后与 +5V 电压相连， 所述电容 C15 的另一端和电容 C1。

38、6 的另一端均接地 ； 所述第三电压跟随器 12 对电路起到缓冲隔离的作用， 包括 ： 运放芯片 U10， 所述运放 芯片 U10 的正相输入端串接电阻 R23 后与所述运放芯片 U9 的输出端相连， 所述运放芯片 U10 的反相输入端与所述运放芯片 U10 的输出端相连， 所述运放芯片 U10 的输出端与所述 V/I 转换器 13 的输入端 B1 相连 ； 具体地， 所述运放芯片 U1、 运放芯片 U2、 运放芯片 U3、 运 放芯片 U4、 运放芯片 U5、 运放芯片 U6、 运放芯片 U7、 运放芯片 U8 和运放芯片 U9 的型号为 OP4177ARU， 或为 OP2177ARMZ。 。

39、0018 本发明中的激光气体分析仪的激光驱动信号发生器的工作原理如下 ： FPGA 芯片 1 经过数字电位器 2 产生方波信号， FPGA 芯片 1 经过 DA 转换芯片 3 连接第二运算放大器 7 产 生三角波信号 ； 方波信号输入第一运算放大器 4 进行信号放大， 提高增益， 经过可调频的带 通滤波器 5 进行滤波， 滤除噪声干扰和不需要的频段得到特定频段的正弦波信号， 正弦波 信号进入第一电压跟随器 6 对信号隔离后输入到加法器 10 ； 三角波信号输入第一低通滤波 器 8， 滤除噪声干扰和不需要的频段， 滤出的信号进入第二电压跟随器 9 对信号隔离后输入 到加法器 10 ； 两个输入加。

40、法器 10 的信号经过加法器 10 频率合成， 产生激光驱动信号经过 第二低通滤波器 11 滤波， 滤除噪声干扰和不需要的频段， 滤出的信号进入第三电压跟随器 12 后产生所需要的输出信号。 0019 相较于其他常用的激光气体分析仪的激光驱动信号发生器， 本发明中的驱动信 号发生器的方波信号采用了高性能 FPGA 内部的 PLL 倍频输出， 使得信号输出频率范围为 0.001Hz100KHz、 周期精度达到 10ns、 信号 Jitter 噪声控制在 100ps 以内， 可使驱动信号 发生器的正弦波信噪比 （SNR） 大幅度提高至 80dB 以上， 使本驱动信号发生器的正弦波的相 位精度达到 。

41、10ns， 对应于 1kHz 的正弦波信号， 其相位控制精度达到了 2/105； 由于本发明 中的驱动信号发生器采用同源信号， 经过运算电路后可以提高激光驱动信号的频率的精度 和稳定性， 提高频率分辨率、 跟踪、 响应和变换速度， 具有较宽的调频范围， 体积功耗下降， 使用方便， 提高了激光在线气体分析系统的总体性能， 具有突出的实质性特点和显著的进 步 ； 上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明， 但是本发明并不限于上述实施例， 在本 领域普通技术人员所具备的知识范围内， 还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变 化。 说 明 书 CN 104165862 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104165862 A 9 。