烟尘在线监测系统中信号提取及处理电路的设计冯倩，郭炜，胡刚（中科天融（北京）科技有限公司，北京，100085）摘要：本文介绍了一种微弱信号的前置处理电路。该电路应用于在线监测系统中烟尘颗粒物的测量。电路将光电检测器所测得的信号通过放大、整流、低通滤波处理，有效克服了杂散光等不规则噪声的影响提高了测量的精度及准确度，具有很强的实用性。关键字：颗粒物；整流；滤波；放大：X851CircuitdesignofsignalextractionandprocessingaboutpsforContinuousEmissionMonitoringSystemFENGQian,GUOWei,HUGang(TalroadTechnologyCo.Ltd.,Beijing,100085,China)Abstract:Thispaperintroducesaweaksignalpre-processingcircuitwhichisusedformeasuringtheconcentrationofpsinContinuousEmissionMonitoringSystem.Thesignalmeasuredbythephoto-detectorisamplified,rectifiedandlowpassfilteredinthiscircuit.Thiscircuitovercomeseffectivelytheirregularnoiseimpactsuchasstraylight,improvesthemeasurementprecisionandaccuracy,andishighlypractical.Keywords:particulatematter;rectifying;filtering;amplifier引言随着人们环境保护意识的不断加强及国家环保法规的愈加严格，电厂、水泥厂等烟囱烟尘的排放浓度越来越低，因此在线监测系统中对低浓度颗粒物测量的精度及准确度的要求越来越高。目前总体来看，颗粒物浓度监测技术大致可以分为称重法、放射性同位素法、光学法等三种。三种测量方法各有利弊，其中光学法应用的比较广泛。光学法中又有光透射法和散射法之分，透射法又分为单光程和双光程两种方法。单光程方法安装简单，但是精度低，不太适合浓度较低的颗粒物浓度测量。双光程方法安装精度要求较高，但是测量准确度和精度较高，比较适合当前在线监测系统中颗粒物浓度越来越低的趋势。由于烟囱、尾气管道或者其他类似场合的环境比较恶劣，如颗粒物的尺寸分布不均，水蒸气的影响以及各种杂散光的影响等，使得透射法测得的信号中信噪比非常低，因此对于有用信号的提取及前置处理等就变得尤为重要。1颗粒物测量系统简介考虑到烟气中的水蒸汽对650nm波长的红光吸收程度最弱，系统采用波长为650nm的脉冲式激光二极管作为光源，经过分光镜分为参考光束和测量光束，参考光束用于跟踪光源衰减变化，并对测量光束进行定时校正。系统测试的光路图如图1所示：1激光光源2分光镜3测量光全反镜4参考光全反镜5透镜（用于聚焦）6650nm红光滤光片作者简介：冯倩，女，1982年出生，汉族，河北省遵化市人，硕士，中科天融（北京）科技有限公司研发部工程师。从事环境监测颗粒物在线监测仪器研发及电路设计工作。7光电检测器8910挡片(自动控制部件，用于自动校正)图1烟尘测试系统光路示意图光电检测器将接收到的光信号转换为对应的电流信号。其电路部分核心部件采用Microchip公司的PIC系列16F876A微控制芯片，对于不同的烟尘浓度，电路部分设计了自动切换量程的功能，并且具有手动校正功能。2数据采集系统电路设计对信号进行分析与处理时，常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题，这些噪声有的是与信号同时产生的，有的是传输过程中引入的。因此，从接收到的信号中消除或减弱干扰噪声，就成为信号传输与处理过程中的重要问题。本电路中光电检测器D1传输过来的脉冲信号掺杂着各种不同频率的噪声，因此需要对信号进行处理非常重要。本系统中采用放大、整流、低通滤波对原始输入信号进行处理。如图2,3所示：图2中，采用TI公司生产的超低噪声高精度集成运放OPA37作为前级放大得到脉冲信号，放大倍数根据烟尘现场实际情况通过W1可调。第二级运放MC1558放大倍数为1，经二极管整流滤波电路将调制的脉冲信号转换为直流电压信号。R1110KR1310KR1010KR125KR910KD3D5D2D4GNDR2500KC20.01uFC13P3W210KW120KR11K-VCC4IN-2IN+3OUT6NC5OSTRIM1OSTRIM8+VCC7U2OPA37AJGND-2+3-6+5OUT7GND4VDD8OUT1U8MC1558-12+1212D1+5+12-12图2前置放大及整流电路二阶低通滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路。二阶滤波器对于削减高频信号能起到很好的效果。图3中R14，C23，R15，C26，集成运放AD622构成二阶低...