發(fā)布時間：2020-07-16 14:03

【摘要】：近年來,我國的科技持續(xù)進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)穩(wěn)中提高,國家對各行業(yè)的生產(chǎn)安全越來越關(guān)注,特別是煤礦開采等較危險的產(chǎn)業(yè),得到了更大的重視,其形勢也是有了很好的改善。但是對于這種應(yīng)用于礦山等環(huán)境的保護(hù)裝置來講,如果能提高它的性能,來更好地保護(hù)國家財產(chǎn)和人民安全,都是很有意義的。本文旨在設(shè)計一種同時包括紫外和紅外兩種傳感器的雙波段瓦斯抑爆探測系統(tǒng)。首先,介紹了主動抑爆裝置的原理,常見探測器的分類;分別分析了火焰在紅外波段的光譜特性和紫外光敏管的光譜特性,確定了兩種探測器的中心波長,并選擇合適型號的火焰探測器。其次,研究光學(xué)成像原理,設(shè)計了一款光學(xué)透鏡。深入研究所選探測器的工作原理,針對其進(jìn)行了硬件電路設(shè)計,包括原理圖和PCB圖的繪制。利用Solidworks進(jìn)行探測系統(tǒng)殼體設(shè)計,并畫出外觀三維圖。最后,分析當(dāng)前市場上處理器的優(yōu)缺點,選擇FPGA的型號,基于FPGA設(shè)計FIR帶通濾波器,并進(jìn)行了仿真。最后對雙波段瓦斯抑爆探測系統(tǒng)進(jìn)行性能測試,包括系統(tǒng)電源電路測試、防塵監(jiān)測傳感器性能測試、紫外火焰探測器的探測距離測試以及雙波段瓦斯抑爆探測系統(tǒng)整體響應(yīng)時間測試。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TD712.7
【圖文】：

結(jié)果如圖 2.1 所示。圖 2.1 輻射場的描述示意圖2.1.3 黑體輻射定律的計算在黑體輻射理論中，普朗克公式有著其及其重要的地位，很多輻射理論以及成像理論都是依據(jù)普朗克公式來完成的。本設(shè)計采用 Matlab 對其進(jìn)行模擬仿真，計算不同波長是所對應(yīng)的輻射出射度的值。從式(2-1)中我們得到，該λ 的取值范圍是 0 到無窮大，而在無窮遠(yuǎn)的時候，出射度的值基本為零，并沒有參考意義，所以在用 Matlab 仿真時需要選擇合適的波段，本設(shè)計選擇 0-5.0μm 這個波長范圍進(jìn)行仿真工作（因為這個波段主要是近紅外的分布波段，課題所選擇的紅外火焰探測器中心波長也在這個波段范圍內(nèi)），得到黑體輻射出射度隨波長變化的曲線圖，如圖 2.2 所示。圖 2.2 黑體輻射出射度隨波長變化曲線圖0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 500.511.522.533.544.5x 1011Wavelength/μmM(λ,T/(W

圖 2.4 二氧化碳在不同波長范圍內(nèi)的輻射能力燒時產(chǎn)生的高溫產(chǎn)物，除了二氧化碳之外還有一蒸氣在不同波長范圍內(nèi)的輻射能力。從圖 2.5 中.6-7.6μm、12-20μm 的時候具有很強的紅外輻射能圖 2.5 水蒸氣在不同波長范圍內(nèi)的輻射能力物質(zhì)在燃燒時產(chǎn)生的火焰溫度不同，并且燃燒后生輻射光譜也不完全一樣。所以我們還需要更多的強的光譜波段。因此，通過查找資料獲得了另外三[21]

除了二氧化碳之外還有一個就是水蒸氣。如圖2.5 所示，給出了水蒸氣在不同波長范圍內(nèi)的輻射能力。從圖 2.5 中能夠看到，水蒸氣在波段 2.5-2.8μm、5.6-7.6μm、12-20μm 的時候具有很強的紅外輻射能力。圖 2.5 水蒸氣在不同波長范圍內(nèi)的輻射能力由于各碳?xì)漕愇镔|(zhì)在燃燒時產(chǎn)生的火焰溫度不同，并且燃燒后生成的產(chǎn)物也定會千差萬別，所產(chǎn)生的輻射光譜也不完全一樣。所以我們還需要更多的實驗數(shù)據(jù)，來確定碳?xì)漕愇镔|(zhì)燃燒時較強的光譜波段。因此，通過查找資料獲得了另外三種碳?xì)漕愇镔|(zhì)的紅外輻射光譜，如圖 2.6、圖 2.7、圖 2.8 所示[21]。圖 2.6 汽油的輻射光譜

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2758097