煤礦下瓦斯爆炸、CO泄露等安全事件屢次發(fā)生,危及人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。目前,可以利用紅外吸收光譜技術(shù)檢測CO及CH_4等易燃?xì)怏w,檢測儀器的核心器件為紅外光源及紅外探測器等半導(dǎo)體器件。而溫度對紅外光源相關(guān)參數(shù)至關(guān)重要,溫度發(fā)生改變,將直接影響氣體檢測的準(zhǔn)確性。因此,研制高性能的半導(dǎo)體器件溫度控制系統(tǒng)是氣體檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵。本論文針對應(yīng)用于CO及CH_4氣體檢測的半導(dǎo)體激光器、紅外LED等半導(dǎo)體發(fā)光器件,設(shè)計(jì)了溫度控制系統(tǒng)。既能夠完成對內(nèi)置半導(dǎo)體制冷器(TEC)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的溫控,又可同時(shí)實(shí)現(xiàn)在寬環(huán)境溫度范圍內(nèi)對無TEC及熱敏電阻的半導(dǎo)體發(fā)光器件的溫控。首先,詳細(xì)介紹了紅外吸收光譜技術(shù)的原理以及朗伯比爾定律公式推導(dǎo),同時(shí)闡述了PID控制器原理及其參數(shù)整定方法,分析了選擇積分限幅式PID算法的緣由。其次,設(shè)計(jì)了面向紅外氣體檢測的半導(dǎo)體器件溫度控制電路。針對半導(dǎo)體器件內(nèi)部有無TEC的情況,設(shè)計(jì)了不同的TEC驅(qū)動(dòng)方式。硬件部分由兩部分組成,第一部分實(shí)現(xiàn)對內(nèi)置TEC的半導(dǎo)體器件的溫控,由主控制器、溫度采集電路、TEC電流控制電路組成。第二部分實(shí)現(xiàn)對無TEC的半導(dǎo)體器件的溫控,由輔控制器、溫度采集電路、MOS管開關(guān)電路以及附加四級TEC組成。此外,設(shè)計(jì)了按鍵、通信接口以及液晶顯示等電路,便于人機(jī)交互。第三,介紹了系統(tǒng)中軟件部分,主要包括:主程序、A/D采集、D/A輸出、PWM波形產(chǎn)生、積分限幅PID控制、中斷及液晶顯示等程序以及利用LabVIEW設(shè)計(jì)上位機(jī)。最后,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所研制溫度控制系統(tǒng)的性能及可靠性。研制的溫度控制系統(tǒng)對內(nèi)置TEC的半導(dǎo)體激光器的溫控精度為±0.01℃,響應(yīng)時(shí)間小于1s,溫度穩(wěn)定性為0.0048℃;在對外置四級TEC的紅外光源的溫度控制實(shí)驗(yàn)中,-18℃、室溫、40℃環(huán)境下的溫控精度分別為±0.05℃、±0.01℃、±0.02℃。利用該溫控系統(tǒng)測試1.563μm激光器發(fā)射光譜,連續(xù)監(jiān)測5h,激光器峰值輸出波長穩(wěn)定。采用1.653μm激光器,分別利用研制的溫控系統(tǒng)和商用溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了甲烷氣體檢測實(shí)驗(yàn),與商用控制器相比,本文研制的溫控儀濃度波動(dòng)范圍更小,獲得的檢測下限更低。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD712.7;TN36
【部分圖文】：

圖 1.2 TED200C 型溫度控制器O 公司的產(chǎn)品 PTCC-01-BAS 熱電制冷器電流控制器，具有高點(diǎn)，該產(chǎn)品通常與紅外探測器配合使用，實(shí)物圖如圖 1.3 所示、三級以及四級 TEC，通過數(shù)字 PID 算法實(shí)現(xiàn)高精度的溫度電流、電壓、溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，且能夠?qū)^流、過壓、過熱進(jìn)參數(shù)如下：）輸出 TEC 電流：1.2A（二級 TEC）、0.45A（三級/四級 TE）溫控精度：±0.01℃）溫度穩(wěn)定性：0.001℃

品通常與紅外探測器配合使用，實(shí)物圖如及四級 TEC，通過數(shù)字 PID 算法實(shí)現(xiàn)高精、溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，且能夠?qū)^流、過：C 電流：1.2A（二級 TEC）、0.45A（三級：±0.01℃性：0.001℃

A-S 以 及 TWK-12V10A 。 如 圖 1.4 所 示 ，，其輸入電源為直流電源 5～9V，輸出電流為 準(zhǔn)的控制接口，具有設(shè)定溫度、檢測溫度、報(bào)警過智能 PID 調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)溫控精度為±0.01℃，且100℃，但體積較大，外形尺寸達(dá)到 200*135*45
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本文編號：2869845