瓦斯監(jiān)測是礦井安全監(jiān)控最重要的組成部分,我國礦井中使用的瓦斯檢測技術(shù)主要是傳統(tǒng)的光干涉技術(shù)和熱催化技術(shù),這些技術(shù)受采礦環(huán)境影響頗大,而且精度低、可靠性差,所以本文研究了一種測量氣體濃度的熱點技術(shù),設計實用的激光遙測甲烷濃度系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用了大氣成分測量中頗為成熟的技術(shù):可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS),利用這種激光吸收光譜技術(shù)可以針對礦井中惡劣多變的環(huán)境可靠精確地測量出井下瓦斯氣體的濃度。本課題在前人研究的探測系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)下,引入了一次諧波和二次諧波信號比值與探測氣體濃度關(guān)系的研究,針對以前系統(tǒng)需要氣室、諧波信號微弱等缺點加以改進,使系統(tǒng)具有遙測能力,克服激光光強受背景氣體、粉塵等因素所造成的衰減,能夠利用微弱的探測諧波信號算出準確的氣體濃度。 通過理論分析,激光的中心波長設定為1654nm,把激光頻率鎖定在甲烷氣體的強吸收帶,發(fā)射的激光透射過被測氣體區(qū)域,經(jīng)目標物體反射至透鏡,然后由系統(tǒng)接收。應用一種通過檢測反射回來的光信號的一次諧波和二次諧波分量就能最終確定甲烷氣體的濃度的方法。系統(tǒng)采用ARM(S3C2440A)作為控制計算和存儲芯片,針對理論系統(tǒng)相應的設計了S3C2440A的...

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀
        1.1.1 研究甲烷氣體的重要意義
        1.1.2 礦井甲烷檢測技術(shù)研究的重要性
    1.2 激光遙測甲烷濃度檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 甲烷濃度測量方法的發(fā)展狀況
        1.2.2 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)的應用
    1.3 本課題的研究目標
    1.4 文章的主要任務及結(jié)構(gòu)
第二章 激光吸收光譜技術(shù)
    2.1 基本光譜學原理
        2.1.1 基本光譜學知識
        2.1.2 光譜的特征
        2.1.3 Lambert-Beer 定律
        2.1.4 激光吸收光譜的特點
        2.1.5 光譜線的線寬和線型
    2.2 可調(diào)諧半導體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）
        2.2.1 頻率調(diào)制光譜技術(shù)
        2.2.2 二次諧波測量原理
        2.2.3 濃度測量的算法
    2.3 甲烷氣體的吸收譜線
        2.3.1 HITRAN 數(shù)據(jù)庫
        2.3.2 甲烷氣體的結(jié)構(gòu)及吸收譜線
        2.3.3 其他氣體對甲烷吸收的影響
    2.4 諧波檢測技術(shù)
        2.4.1 諧波信號提取方法的分析
        2.4.2 鎖相放大器
    2.5 本章小結(jié)
第三章 激光遙測甲烷濃度系統(tǒng)的設計
    3.1 系統(tǒng)構(gòu)架設計
        3.1.1 系統(tǒng)的原理構(gòu)架
        3.1.2 系統(tǒng)測量流程
    3.2 激光器模塊的設計
        3.2.1 激光二極管的選型
        3.2.2 DFB 激光二極管
    3.3 光電探測器的設計
        3.3.1 光電探測器的選型
        3.3.2 信號放大電路
    3.4 鎖相放大器模塊
    3.5 S3C2440ARM 微處理器
        3.5.1 ARM 架構(gòu)及內(nèi)核
        3.5.2 S3C2440ARM 性能介紹
    3.6 數(shù)據(jù)處理模塊設計
        3.6.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口
        3.6.2 S3C2440A 的A/D 轉(zhuǎn)換器
        3.6.3 A/D 接口編程
    3.7 最小系統(tǒng)的硬件配置
        3.7.1 系統(tǒng)整體配置
        3.7.2 電源模塊設計
        3.7.3 復位模塊設計
        3.7.4 NAND Flash 的擴展
        3.7.5 JTAG 接口設計
        3.7.6 串行接口設計
        3.7.7 晶振時鐘的設計
        3.7.8 LCD 模塊設計
        3.7.9 USB 接口設計
    3.8 本章小結(jié)
第四章 Linux 操作系統(tǒng)的移植
    4.1 嵌入式操作系統(tǒng)
        4.1.1 操作系統(tǒng)的概念和分類
        4.1.2 Linux 操作系統(tǒng)概述
    4.2 嵌入式Linux 軟件設計
        4.2.1 軟件開發(fā)流程
        4.2.2 Bootloader 引導程序
        4.2.3 Linux 的移植
        4.2.4 Linux 內(nèi)核的修改及編譯
        4.2.5 文件系統(tǒng)及Linux 的下載
    4.3 設備驅(qū)動程序
    4.4 本章小結(jié)
第五章 激光遙測甲烷濃度系統(tǒng)的軟件設計
    5.1 測量系統(tǒng)軟件流程
    5.2 數(shù)據(jù)處理的模式
    5.3 實驗仿真結(jié)果
    5.4 測量影響因素分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 課題總結(jié)
    6.2 課題展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝



本文編號：3739134