發(fā)布時間：2017-08-08 09:41

  本文關鍵詞：礦用光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)

  更多相關文章： DFB激光器 二乘擬合 自動增益 光譜吸收 光纖傳感器

【摘要】：在我國,主要能源依然是煤炭,煤炭的開采安全極其重要。安全對于煤炭行業(yè)來說永遠放在第一位。瓦斯爆炸,煤層坍塌,粉塵爆炸,滲水,煤層自燃等都給煤炭安全開采帶來了極大的威脅。其中瓦斯爆炸尤為突出。解決瓦斯突出及爆炸問題,必須加強對瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控。作為檢測的傳感器直接關系到煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和靈敏度,對監(jiān)測監(jiān)控起著決定作用。然而長期以來我國載體催化元件由于受生產工藝和技術的影響,一直存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差和調整校正頻繁的缺點,嚴重制約著礦井瓦斯準確的有效檢測,與國外同類傳感器(黑白元件)比較差距是較大的。針對以上氣體濃度檢測儀的缺點,本文設計了基于激光技術的礦用光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有多通道,檢測精度高,響應時間快,標校周期長,使用壽命長等優(yōu)點,將逐步取代以往瓦斯檢測儀。系統(tǒng)采用了即快速又準確的激光光譜吸收的檢測技術。采用了1653nm波長的DFB激光器作為光源,以耦合器為基礎搭建了光路,光纖作為傳輸介質,S3C2440微處理器作為監(jiān)測系統(tǒng)的微處理器,利用光電探測器、放大電路和A/D完成信號采集處理。以S3C2440微處理器為基礎,設計了電源電路、光源調制電路、自動增益電路、光電轉換電路、數(shù)據(jù)采集電路等硬件電路；以耦合器為基礎設計了甲烷檢測所需要的光路；采用了串口服務器和光纖收發(fā)器轉換232信號為網絡信號或者光纖信號,利用煤礦交換機或者光纜完成數(shù)據(jù)傳輸。采用了最小二乘擬合算法和二次曲線算法計算甲烷氣體濃度。本文對礦用光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)進行了氣體穩(wěn)定性實驗和精確度實驗,結果證明基于光譜吸收原理的礦用光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)具有更高的精確度和穩(wěn)定性。當前國家正在大力發(fā)展物聯(lián)網,而物聯(lián)網的基礎就是傳感器及其網絡,開發(fā)新型智能傳感器對發(fā)展煤礦安全物聯(lián)網具有重要的意義。礦用光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)對于國內煤礦企業(yè)更好的進行井下瓦斯的預警及檢測必會帶來設備技術上的革新升級,必將會大大減少瓦斯事故的發(fā)生,為煤礦的安全生產發(fā)揮更加重要的作用。
【關鍵詞】：DFB激光器 二乘擬合 自動增益 光譜吸收 光纖傳感器
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.55
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 課題的研究背景及研究意義11-12
• 1.2 光纖氣體檢測的分類12-13
• 1.3 系統(tǒng)的特色與優(yōu)勢13
• 1.4 論文的主要內容13-15
• 第2章 光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理15-18
• 2.1 比爾-郎伯定律15-16
• 2.2 甲烷氣體吸收峰的選擇16-17
• 2.3 本章小結17-18
• 第3章 光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計18-36
• 3.1 光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計18-19
• 3.2 光學系統(tǒng)的設計19-28
• 3.2.1 系統(tǒng)光路的設計19-20
• 3.2.2 參考氣室的設計20-21
• 3.2.3 激光光源的選擇21-25
• 3.2.4 探測器的選擇25-26
• 3.2.5 傳感器的設計26-28
• 3.3 電路系統(tǒng)的硬件設計28-35
• 3.3.1 微處理器28-29
• 3.3.2 激光器溫控電路29-30
• 3.3.3 激光器驅動電路30-31
• 3.3.4 光電轉換電路31-33
• 3.3.5 通信電路33-34
• 3.3.6 電源電路34
• 3.3.7 傳輸接口34-35
• 3.4 本章小結35-36
• 第4章 檢測軟件設計與解調算法36-53
• 4.1 軟件開發(fā)平臺36
• 4.2 軟件主程序的設計36-37
• 4.3 軟件的模塊設計37-44
• 4.3.1 激光器驅動電流程序設計37-39
• 4.3.2 數(shù)據(jù)采集的程序設計39-41
• 4.3.3 自動增益調節(jié)算法41-42
• 4.3.4 濃度計算算法設計42-44
• 4.4 系統(tǒng)軟件解調流程44-52
• 4.5 本章小結52-53
• 第五章 光纖甲烷監(jiān)測系統(tǒng)性能測試53-58
• 5.1 系統(tǒng)標定53-55
• 5.2 吸收試驗55
• 5.3 穩(wěn)定性實驗55-57
• 5.4 檢測精度實驗57
• 5.5 本章小結57-58
• 第6章 總結與展望58-59
• 參考文獻59-62
• 致謝62-63
• 附件63

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