引言 
　　隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)及國(guó)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(lái)越低，因此在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)低濃度顆粒物測(cè)量的精度及度的要求越來(lái)越高。光學(xué)法中的雙光程測(cè)量方法安裝精度要求較高，但是測(cè)量度和精度較高，比較適合當(dāng)前在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中顆粒物濃度越來(lái)越低的趨勢(shì)。 
　　由于煙囪、尾氣管道或者其他類(lèi)似場(chǎng)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(cè)得的信號(hào)中信噪比非常低，因此對(duì)于有用信號(hào)的提取及前置處理等就變得尤為重要。 
　　1 顆粒物測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介 
　　考慮到煙氣中的水蒸汽對(duì)650nm波長(zhǎng)的紅光吸收程度弱，系統(tǒng)采用波長(zhǎng)為650nm的脈沖式激光二極管作為光源，經(jīng)過(guò)分光鏡分為參考光束和測(cè)量光束，參考光束用于跟蹤光源衰減變化，并對(duì)測(cè)量光束進(jìn)行定時(shí)校正及溫度補(bǔ)償。光電檢測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，此信號(hào)與煙塵濃度具有一定線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，核心控制器Microchip公司的PIC16系列單片機(jī)把對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)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(duì)被檢信號(hào)進(jìn)行分析與處理時(shí)，常常會(huì)遇到有用信號(hào)疊加上無(wú)用噪聲的問(wèn)題，這些噪聲有的是與被檢信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生的，有的是傳輸過(guò)程中引入的。因此，從接收到的被檢信號(hào)中消除或減弱干擾噪聲，就成為信號(hào)傳輸與處理過(guò)程中的重要問(wèn)題。 
　　本電路中光電檢測(cè)器D1傳輸過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)摻雜著各種不同頻率的噪聲，因此需要對(duì)信號(hào)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(duì)原始輸入信號(hào)進(jìn)行處理。 
　　圖1中，*級(jí)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(hào)，放大倍數(shù)根據(jù)煙塵現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況通過(guò)W1可調(diào)。第二級(jí)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(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)。第三級(jí)運(yùn)放采用二階低通濾波AD622。 
　　二階低通濾波器是一種信號(hào)檢測(cè)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(duì)于削減高頻信號(hào)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(guó)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(guò)外接電阻RG進(jìn)行設(shè)置，或更地說(shuō)通過(guò)1腳和8腳之間的外接阻抗來(lái)確定增益。AD654是美國(guó)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(jí)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?hào)源、信號(hào)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(hào)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(duì)應(yīng)為0～100KHZ，輸出的頻率信號(hào)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(hào)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果 
　　如圖2所示，分別為各級(jí)信號(hào)處理的波形結(jié)果。由圖可見(jiàn)，光電檢測(cè)器D1輸出的電流信號(hào)僅經(jīng)運(yùn)放處理之后，噪聲信號(hào)很大幾乎淹沒(méi)有用信號(hào)。經(jīng)過(guò)二極管整流濾波電路后，交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，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(guò)第三級(jí)的二階低通濾波器后，信號(hào)已經(jīng)變得相對(duì)比較干凈，基本滿足后續(xù)處理的要求。 
　　4 結(jié)束語(yǔ) 
　　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(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)快速、在線、連續(xù)測(cè)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(hào)前置處理電路對(duì)顆粒物濃度信號(hào)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。