本文關(guān)鍵詞：便攜式紅外甲烷檢測(cè)裝置研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤炭資源一直是我國(guó)的重要能源，煤礦開采又是我國(guó)重要的產(chǎn)業(yè)。然而，影響煤礦安全的因素眾多，有瓦斯爆炸、井下火災(zāi)和水災(zāi)等。瓦斯(甲烷)爆炸則是我國(guó)煤礦最嚴(yán)重的事故之一，在煤礦事故中占到80%以上，全國(guó)每年因煤礦事故死亡的人員徘徊在數(shù)千人左右，煤礦安全生產(chǎn)的形勢(shì)仍然異常嚴(yán)峻。因此，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)煤礦井下甲烷氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)、工作人員的人身安全等具有非常重要的作用。 隨著科技迅猛發(fā)展，針對(duì)甲烷濃度檢測(cè)的傳感器層出不窮，主要包括載體燃燒催化型、氣敏半導(dǎo)體型、光線干涉型和紅外光譜吸收型等。傳統(tǒng)類型的氣體傳感器由于其檢測(cè)原理和制造工藝的缺陷，很多已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代煤礦復(fù)雜環(huán)境下對(duì)甲烷濃度精確檢測(cè)的要求，主要存在檢測(cè)范圍窄、易中毒、需頻繁調(diào)校、使用壽命較短等缺陷，基于紅外原理的甲烷傳感器可以有效地克服傳統(tǒng)類型傳感器的局限性，能精確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出甲烷氣體的濃度，為煤礦生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的保障。紅外甲烷傳感器作為新一代氣體傳感器，具備選擇性好、檢測(cè)范圍寬、精度高、反應(yīng)速度快、不易中毒、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)勢(shì)。 論文研究基于自主創(chuàng)新，提出一種基于紅外吸收原理的便攜式甲烷傳感器設(shè)計(jì)方案，并解決多個(gè)關(guān)鍵問題。采用MSP430F1611單片機(jī)為核心控制器，完成了對(duì)傳感器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試，，對(duì)傳感器進(jìn)行誤差分析及補(bǔ)償，使傳感器達(dá)到精度高、體積小以及功耗低等要求。 論文研究及設(shè)計(jì)完成的主要工作有：首先，根據(jù)紅外吸收原理，選擇出高性能的紅外光源、熱釋電探測(cè)器等核心器件，設(shè)計(jì)了紅外光學(xué)氣室，根據(jù)各個(gè)器件在氣室中的布局，對(duì)紅外氣室進(jìn)行光學(xué)分析及數(shù)值仿真，根據(jù)便攜式儀器的設(shè)計(jì)原則，最終確定氣室的類型和參數(shù)。 其次，硬件電路設(shè)計(jì)，包括光源的調(diào)制電路，信號(hào)調(diào)理電路；傳感器以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)鍵盤按鍵、數(shù)碼管顯示、聲光報(bào)警等外圍電路，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔有效，適合便攜式設(shè)備使用。 再次，軟件設(shè)計(jì)，采用模塊化的編程方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了光源調(diào)制、數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換、功能型鍵盤、數(shù)碼顯示等模塊工作流程。 最后，實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)據(jù)處理及誤差分析，設(shè)計(jì)出一種簡(jiǎn)易有效的紅外甲烷傳感器標(biāo)定方案，搭建傳感器標(biāo)定平臺(tái)，采用不同濃度的甲烷氣體，對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定和實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過進(jìn)行大量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，采用分段的最小二乘法進(jìn)行曲線擬合并反演出濃度的計(jì)算公式，還針對(duì)實(shí)際工礦下甲烷傳感器所受到的干擾因素進(jìn)行分析。
【關(guān)鍵詞】：甲烷傳感器 紅外光譜 氣室仿真 便攜式 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD712.55;TN216
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題的研究目的及意義11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 課題目的及意義12-13
• 1.2 甲烷傳感器的檢測(cè)原理與分類13-16
• 1.2.1 載體催化燃燒型傳感器13-14
• 1.2.2 氣敏半導(dǎo)體型傳感器14-15
• 1.2.3 光線干涉型傳感器15
• 1.2.4 紅外吸收型傳感器15-16
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 國(guó)外研究動(dòng)態(tài)16-17
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)17-18
• 1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.4.1 課題研究?jī)?nèi)容18
• 1.4.2 課題研究目標(biāo)18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-21
• 第二章 紅外甲烷傳感器概述21-29
• 2.1 紅外光譜吸收技術(shù)21-22
• 2.1.1 氣體吸收原理及特征21
• 2.1.2 NDIR 技術(shù)21-22
• 2.2 紅外甲烷傳感器工作原理22-26
• 2.2.1 甲烷氣體的吸收峰值選擇22-23
• 2.2.2 朗伯—比爾吸收定律的應(yīng)用23-24
• 2.2.3 差分吸收檢測(cè)法24-26
• 2.3 紅外檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析26
• 2.4 紅外甲烷傳感器的技術(shù)指標(biāo)26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-29
• 第三章 便攜式紅外甲烷傳感器硬件設(shè)計(jì)29-57
• 3.1 甲烷傳感器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-30
• 3.2 紅外光源的選擇30-33
• 3.2.1 光源的分類對(duì)比30-31
• 3.2.2 IRL715 白熾燈性能分析31-33
• 3.3 熱釋電探測(cè)器的選擇33-36
• 3.3.1 探測(cè)器的分類對(duì)比34
• 3.3.2 熱釋電效應(yīng)34-35
• 3.3.3 雙光路熱釋電探測(cè)器 PYS3228 性能分析35-36
• 3.4 紅外吸收氣室設(shè)計(jì)及仿真研究36-45
• 3.4.1 紅外氣室的分類37-38
• 3.4.2 Light Tools 光學(xué)軟件38-39
• 3.4.3 直射式紅外氣室的光學(xué)仿真39-41
• 3.4.4 反射式紅外氣室的光學(xué)仿真41-44
• 3.4.5 氣室類型的確定44
• 3.4.6 氣室參數(shù)的確定44-45
• 3.5 系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計(jì)45-53
• 3.5.1 處理器的選擇45-46
• 3.5.2 光源調(diào)制電路46-47
• 3.5.3 信號(hào)調(diào)理電路47-49
• 3.5.4 電源電路49-50
• 3.5.5 顯示電路50-51
• 3.5.6 鍵盤電路51-52
• 3.5.7 報(bào)警電路52-53
• 3.6 電池的選擇與設(shè)計(jì)53-55
• 3.6.1 電池類型及容量選擇53
• 3.6.2 電池的表面溫度要求53-54
• 3.6.3 鋰電池充電防爆處理54-55
• 3.7 本章小結(jié)55-57
• 第四章 便攜式紅外甲烷傳感器軟件設(shè)計(jì)57-69
• 4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)57-58
• 4.2 系統(tǒng)初始化配置程序58-62
• 4.2.1 系統(tǒng)初始化58-59
• 4.2.2 定時(shí)器初始化59-60
• 4.2.3 Flash 存儲(chǔ)器配置60-61
• 4.2.4 A/DC 轉(zhuǎn)換初始化61-62
• 4.3 光源調(diào)制程序設(shè)計(jì)62-63
• 4.4 數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)63-66
• 4.4.1 數(shù)據(jù)采樣子程序64
• 4.4.2 數(shù)字濾波子程序64-66
• 4.5 通訊程序設(shè)計(jì)66-67
• 4.5.1 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)66
• 4.5.2 鍵盤接口子程序66-67
• 4.6 本章小結(jié)67-69
• 第五章 實(shí)驗(yàn)研究與影響因素分析69-79
• 5.1 實(shí)驗(yàn)條件及樣機(jī)設(shè)計(jì)69-70
• 5.2 紅外甲烷傳感器標(biāo)定方案設(shè)計(jì)70-72
• 5.2.1 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)70
• 5.2.2 甲烷傳感器標(biāo)定70-72
• 5.3 紅外甲烷傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)試72-77
• 5.3.1 曲線擬合72-76
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試76-77
• 5.4 干擾因素分析77-78
• 5.4.1 環(huán)境溫度干擾77
• 5.4.2 粉塵干擾77-78
• 5.4.3 環(huán)境濕度干擾78
• 5.5 本章小結(jié)78-79
• 第六章 總結(jié)與展望79-81
• 6.1 論文總結(jié)79-80
• 6.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：便攜式紅外甲烷檢測(cè)裝置研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：274366