本文關(guān)鍵詞：基于NDIR原理的高靈敏度便攜式氣體檢測系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著煤礦工業(yè)的迅猛發(fā)展,我國煤礦安全生產(chǎn)隱患也日益突出,主要表現(xiàn)在煤礦瓦斯超標嚴重,因此在煤礦安全生產(chǎn)中,可靠、精確、實時實地地監(jiān)控瓦斯(主要成分是CH4)濃度是預(yù)防煤礦瓦斯爆炸事故發(fā)生的重要手段。但目前使用甲烷檢測儀檢測精度、穩(wěn)定性都很低,鑒于此,本文基于非色散紅外吸收(NDIR)原理及吸收強度是甲烷濃度的函數(shù)關(guān)系,進行了便攜式甲烷氣體檢測系統(tǒng)的研究設(shè)計。 整個系統(tǒng)包括熱釋電探測器和硬件系統(tǒng)電路。探測器包括紅外光源、非聚焦設(shè)計的光學(xué)腔室、電可擦除只讀存儲器(EEPROM)及用于溫度補償?shù)臒崦綦娮瑁挥布到y(tǒng)電路包括電源、含信號采集的微處理器系統(tǒng)、燈驅(qū)動電路、信號的濾波放大電路、EEPROM內(nèi)數(shù)據(jù)下載電路、液晶顯示電路、報警電路、晶體定時電路、數(shù)碼管顯示電路、RS232接口電路和數(shù)據(jù)存儲等。探測器選用IRceL(?)系列的微型紅外氣體傳感器,其內(nèi)部集成溫度補償模塊,我們可以通過讀取和更改傳感器內(nèi)電可擦除存儲器的參數(shù)對傳感器探頭進行標定和校零。 微處理器采用Freescale半導(dǎo)體公司的32位Kinetis K60系列微控制器中的MK60DN512ZVLL10型號最小系統(tǒng),由傳感器輸出的雙通道信號值及溫度值經(jīng)濾波和放大后被微處理器自帶16位ADC采集處理,最后經(jīng)過軟件濾波及濃度標定,得出濃度值。工作人員升井后可以通過RS232串口連接計算機下載EEPROM內(nèi)參數(shù)及檢測數(shù)據(jù)進行分析,并進行濃度閾值設(shè)定。 在實驗室條件下,對系統(tǒng)進行了氣體吸收實驗,對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行曲線擬合、誤差分析及標定,結(jié)果證明了基于紅外吸收原理的高靈敏度便攜式氣體檢測系統(tǒng)在誤差范圍內(nèi)有較好的重復(fù)性,測量精度高,穩(wěn)定性好。
【關(guān)鍵詞】：NDIR原理 高靈敏度 便攜式 甲烷濃度檢測
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP274;TD712.55
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 甲烷檢測技術(shù)概述11-13
• 1.3 紅外吸收型甲烷檢測儀的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 論文主要的研究內(nèi)容14-15
• 第2章 NDIR原理傳感器的工作原理15-19
• 2.1 Lambert-Beer定律15-16
• 2.2 光譜吸收差分檢測方法介紹16-17
• 2.3 NDIR原理檢測傳感器的優(yōu)點17
• 2.4 本章小結(jié)17-19
• 第3章 甲烷氣體檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計19-38
• 3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計19
• 3.2 紅外傳感器的確定19-27
• 3.2.1 光路系統(tǒng)簡介19-20
• 3.2.2 紅外光源20-21
• 3.2.3 紅外探測器21-23
• 3.2.4 傳感器的選定及具體介紹23-27
• 3.3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計27-36
• 3.3.1 單片機的選定27-28
• 3.3.2 MK60DN512ZVLL10最小系統(tǒng)28-30
• 3.3.3 紅外燈驅(qū)動電路30-31
• 3.3.4 濾波及放大電路31-32
• 3.3.5 熱敏電阻電路32-33
• 3.3.6 EEPROM電路33
• 3.3.7 串口電路33-34
• 3.3.8 OLED顯示電路34-35
• 3.3.9 數(shù)碼管顯示電路35-36
• 3.3.10 聲光報警電路36
• 3.4 便攜式設(shè)計36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 甲烷氣體檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計38-45
• 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境介紹38-39
• 4.2 主程序流程39-40
• 4.3 數(shù)據(jù)采集及處理40-41
• 4.4 濃度的線性標定41-42
• 4.5 串口通信42-43
• 4.6 OLED顯示43-44
• 4.7 本章小結(jié)44-45
• 第5章 系統(tǒng)的實驗結(jié)果與誤差分析45-50
• 5.1 配置甲烷氣體濃度45
• 5.2 實驗過程分析45-49
• 5.2.1 氣體吸收實驗45-47
• 5.2.2 重復(fù)性試驗47-48
• 5.2.3 穩(wěn)定性試驗48-49
• 5.3 試驗的誤差分析49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-52
• 參考文獻52-55
• 致謝55-56
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要的科研任務(wù)與成果56

【參考文獻】

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本文編號：870239