引言 
　　隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的不斷加強(qiáng)及國家環(huán)保法規(guī)的愈加嚴(yán)格，電廠、水泥廠等煙囪煙塵的排放濃度越來越低，因此在線監(jiān)測系統(tǒng)中對低濃度顆粒物測量的精度及度的要求越來越高。光學(xué)法中的雙光程測量方法安裝精度要求較高，但是測量度和精度較高，比較適合當(dāng)前在線監(jiān)測系統(tǒng)中顆粒物濃度越來越低的趨勢。 
　　由于煙囪、尾氣管道或者其他類似場合的環(huán)境比較惡劣，如環(huán)境溫度溫差較大，顆粒物的尺寸分布不均，水蒸氣的影響以及各種雜散光的影響等，使得透射法測得的信號中信噪比非常低，因此對于有用信號的提取及前置處理等就變得尤為重要。 
　　1 顆粒物測量系統(tǒng)簡介 
　　考慮到煙氣中的水蒸汽對650nm波長的紅光吸收程度弱，系統(tǒng)采用波長為650nm的脈沖式激光二極管作為光源，經(jīng)過分光鏡分為參考光束和測量光束，參考光束用于跟蹤光源衰減變化，并對測量光束進(jìn)行定時(shí)校正及溫度補(bǔ)償。光電檢測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流信號，此信號與煙塵濃度具有一定線性對應(yīng)關(guān)系，核心控制器Microchip公司的PIC16系列單片機(jī)把對應(yīng)的輸入信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的煙塵濃度值，進(jìn)行輸出通訊與傳輸。 
　　2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 
　　對被檢信號進(jìn)行分析與處理時(shí)，常常會遇到有用信號疊加上無用噪聲的問題，這些噪聲有的是與被檢信號同時(shí)產(chǎn)生的，有的是傳輸過程中引入的。因此，從接收到的被檢信號中消除或減弱干擾噪聲，就成為信號傳輸與處理過程中的重要問題。 
　　本電路中光電檢測器D1傳輸過來的脈沖信號摻雜著各種不同頻率的噪聲，因此需要對信號進(jìn)行處理就顯得尤為重要。本系統(tǒng)中采用放大、整流、低通濾波對原始輸入信號進(jìn)行處理。 
　　圖1中，*級放大采用TI公司生產(chǎn)的低噪聲高精度集成運(yùn)放OPA37得到脈沖信號，放大倍數(shù)根據(jù)煙塵現(xiàn)場實(shí)際情況通過W1可調(diào)。第二級運(yùn)放MC1558放大倍數(shù)為1，經(jīng)二極管整流濾波電路將調(diào)制的脈沖信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號。第三級運(yùn)放采用二階低通濾波AD622。 
　　二階低通濾波器是一種信號檢測及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路，具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。二階濾波器對于削減高頻信號能起到很好的效果。圖中R14，C23，R15，C26，集成運(yùn)放AD622構(gòu)成二階低通有源濾波器，不僅不影響電路的濾波特性，而且在集成運(yùn)放AD622功耗允許的情況下，提高了電路的帶負(fù)載能力。 
　　集成運(yùn)放AD622是美國ADI公司推出的一種低成本、高精度的儀表放大器，具有優(yōu)良的共模抑制、線性度、溫度穩(wěn)定性，只需一只外接電阻便可設(shè)置2～1000范圍內(nèi)的任何增益。根據(jù)AD622的電路結(jié)構(gòu)，可以得到增益計(jì)算公式：G=50.5kΩ/RG+1，其中G為放大器增益，RG為增益。 
　　AD622的增益通過外接電阻RG進(jìn)行設(shè)置，或更地說通過1腳和8腳之間的外接阻抗來確定增益。AD654是美國ADI推出的一種低成本電壓頻率（V/F）轉(zhuǎn)換器。它由低漂移輸入放大器、精密振蕩器系統(tǒng)和輸出驅(qū)動(dòng)級組成，使用時(shí)只需一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)即可構(gòu)成應(yīng)用電路。AD654工作電壓范圍很寬。輸出為頻率受控于輸入電壓的方波?？捎糜谛盘栐?、信號調(diào)制、解調(diào)和A/D變換等。AD654的輸入電壓與頻率的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：f = V/（10 RC）。 
　　經(jīng)二階低通濾波器處理完的終信號范圍為0～10V，進(jìn)入V/F變換器AD654之前，經(jīng)分壓電路降為0～1V，V/F變換器的輸出頻率對應(yīng)為0～100KHZ，輸出的頻率信號利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器功能進(jìn)入微控制器，并進(jìn)行運(yùn)算及處理。 
　　3 信號處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果 
　　如圖2所示，分別為各級信號處理的波形結(jié)果。由圖可見，光電檢測器D1輸出的電流信號僅經(jīng)運(yùn)放處理之后，噪聲信號很大幾乎淹沒有用信號。經(jīng)過二極管整流濾波電路后，交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號，并且由于二極管導(dǎo)通電壓為0.7V，濾去了一部分噪聲，經(jīng)過第三級的二階低通濾波器后，信號已經(jīng)變得相對比較干凈，基本滿足后續(xù)處理的要求。 
　　4 結(jié)束語 
　　由于激光的準(zhǔn)直性以及光的透射性，光電轉(zhuǎn)換的快速性以及易于與計(jì)算機(jī)配合使用等特點(diǎn)，使得基于激光透射方法的顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)快速、在線、連續(xù)測量等顯著優(yōu)點(diǎn)。 
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文介紹的微弱信號前置處理電路對顆粒物濃度信號的提取非常有效，顯著抑制了干擾噪聲的影響，并且成本低廉，非常實(shí)用。