采用Ziegler-Nichols-PID算法的激光红外多通池压强控制系统研制

为了实现CO2气体同位素的高性能检测,研制了高精度、高稳定性的激光红外多通池压强控制系统。硬件方面,采用压强传感器连接于多通池前、后端,检测多通池内部气压,主控制器通过PWM信号,调控多通池前、后端比例阀导通状态,从而实现压强的闭环控制。软件方面,采用Ziegier-Nichols工程整定方法,完成对P、I、D3个参数的确定。结果表明:多通池压强为60 Torr(1 Torr=133.322 Pa)时,控制精度为±0.04 Torr。试验中,利用研制的多通池压强控制系统对13CO2、12CO2气体分子在4.3μm吸收光谱进行测量。随着气体压强从0.026~0.066 atm(1 atm=101325 Pa),13CO2和12CO2气体分子吸收光谱的峰值随着压强增大而增大,吸收光谱宽度也随着压强的增大而增大。同时,利用红外气体检测系统对CO2同位素丰度进行长达2 h的测量。CO2同位素丰度均值为-9.081‰,测量值在-8.351‰^-9.736‰之间波动,最大偏差值为0.73‰。可以证明:该系统为红外CO2气体同位素的高性能检测提供可靠保障。