本文關(guān)鍵詞：基于嵌入式WinCE的紅外瓦斯檢測(cè)儀研究

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【摘要】：本論文選題于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,“深部采動(dòng)下自適應(yīng)紅外瓦斯傳感特性致變模式及自適應(yīng)檢測(cè)機(jī)制研究”,項(xiàng)目編號(hào):61307124。煤炭作為主要能源,其需求量越來(lái)越高。在煤礦開采的過(guò)程中,瓦斯災(zāi)害是嚴(yán)重威脅煤礦井下安全生產(chǎn)的五大自然災(zāi)害之一。每年約有上千人因煤礦瓦斯爆炸而喪生。瓦斯的主要成分是甲烷,當(dāng)甲烷濃度達(dá)到5.3%~15%時(shí),在伴有一定濃度的氧氣和熱源誘導(dǎo)下,可發(fā)生爆炸,這嚴(yán)重威脅了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此,精確、快速的測(cè)量甲烷濃度具有重大的意義,是煤礦安全生產(chǎn)中急迫需要解決的問(wèn)題。本文基于中紅外吸收光譜技術(shù),選用雙通道非分光紅外傳感器,結(jié)合嵌入式WinCE(Windows Embedded Compact)系統(tǒng),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種便攜式甲烷檢測(cè)儀。該儀器主要由傳感器及信號(hào)處理電路、嵌入式WinCE軟/硬件系統(tǒng)、Lab VIEW信號(hào)處理平臺(tái)三部分組成。首先,針對(duì)選用的英國(guó)E2V公司的IR12GJ型紅外集成傳感器,設(shè)計(jì)了傳感器驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路。傳感器具有兩個(gè)輸出通道,分別為測(cè)量通道及參考通道,經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路可對(duì)兩通道的輸出信號(hào)進(jìn)行放大、隔直、調(diào)理等處理;其次,兩路信號(hào)經(jīng)調(diào)理后,由USB DAQ(Data Acquisition)Card(數(shù)據(jù)采集卡)采集并傳輸給嵌入式系統(tǒng)中的LabVIEW軟件平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。以DSP(Digital Singnal Processing)處理器(S3C6410)為核心,根據(jù)需求設(shè)計(jì)了嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái),包括選購(gòu)的DSP核心板,設(shè)計(jì)的USB主設(shè)備接口、串口、SD卡接口、網(wǎng)絡(luò)接口、無(wú)線通信模塊及蜂鳴器等;最后,設(shè)計(jì)了Lab VIEW信號(hào)處理平臺(tái),主要功能為:采集信號(hào),并對(duì)采集到的兩路信號(hào)分別進(jìn)行濾波處理,提取相應(yīng)的幅值信息,根據(jù)公式計(jì)算得到氣體濃度,顯示濃度并存儲(chǔ)數(shù)據(jù),最后若濃度超標(biāo)實(shí)行聲光報(bào)警。通過(guò)Touch Panel Module進(jìn)行LabVIEW程序的轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換得到的執(zhí)行文件移植到嵌入式WinCE系統(tǒng)中。對(duì)研制的儀器開展的甲烷氣體實(shí)驗(yàn)證明:儀器的檢測(cè)下限為100 ppm;在100~65000 ppm范圍內(nèi)的相對(duì)測(cè)量誤差小于9.1%;對(duì)5000ppm的氣體樣品持續(xù)監(jiān)測(cè)了90分鐘,得到相對(duì)測(cè)量誤差最大為8.3%,表明儀器具有良好的穩(wěn)定性;對(duì)0 ppm的氣體樣品持續(xù)監(jiān)測(cè)了90分鐘,并對(duì)檢測(cè)結(jié)果做了Allan方差分析,預(yù)測(cè)檢測(cè)下限在積分時(shí)間為31s時(shí)可達(dá)到17.58ppm;儀器響應(yīng)時(shí)間小于20 s。該檢測(cè)儀具有尺寸小、成本低等優(yōu)勢(shì),且選用的傳感器適用于礦下作業(yè),從而具有推廣和應(yīng)用價(jià)值。本文的創(chuàng)新點(diǎn):1.在便攜式儀器中采用嵌入式WinCE操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)儀器的智能化及功能多樣化。2.將上位機(jī)軟件LabVIEW移植到嵌入式系統(tǒng)中,使儀器具有更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD712.55

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本文編號(hào)：1261627