在井下煤礦開采的過程中易發(fā)生瓦斯突出,主要成分是甲烷,當其達到爆炸極限(4.9%~16%)時,遇明火即可引發(fā)爆炸。因此,及時、準確的檢測甲烷濃度,可以有效的避免礦難事故。目前用于檢測甲烷的方法有多種,而紅外吸收法具有靈敏度高、選擇性好、響應速度快、壽命長、成本低和零點漂移小等優(yōu)點。所以,研制高靈敏度的紅外瓦斯檢測儀具有現(xiàn)實意義。然而,在礦井下存在許多統(tǒng)計特性未知的噪聲,比如礦井中驟變的背景光、溫度、氣流、風等因素,針對這些噪聲,本文在傳統(tǒng)紅外瓦斯檢測技術的基礎上,引入了一種現(xiàn)代濾波方法——自適應濾波技術,通過對噪聲的統(tǒng)計特性進行估計,實時調(diào)整濾波器的參數(shù),從而能更好的消除噪聲,實現(xiàn)對甲烷濃度的精準測量。本論文首先給出了雙重差分紅外吸收光譜技術的原理,并設計了系統(tǒng)的光學部分以及氣室結(jié)構(gòu)。接著研究了自適應紅外氣體檢測算法和模型,利用MATLAB,對LMS(最小均方誤差)和FTF(快速橫向濾波)兩種自適應濾波算法進行了仿真分析。由于FTF自適應濾波算法的顯著優(yōu)勢,本文設計的自適應檢測系統(tǒng)選用了FTF自適應濾波算法。然后提出了基于雙光源和雙探測器的四通道自適應紅外瓦斯檢測系統(tǒng),設計并制作了檢測系統(tǒng)整體的硬件部分,包括:光路、硬件電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機。隨后設計了檢測系統(tǒng)的軟件程序,利用LabVIEW軟件以及其包含的DAQ助手、MathScript節(jié)點等模塊設計了兩套Lab VIEW程序,分別用于傳統(tǒng)紅外甲烷濃度測量,以及存在突變噪聲情況下的自適應紅外甲烷濃度測量。最后將軟硬件集成,形成了基于數(shù)據(jù)采集卡、工控機和Lab VIEW(內(nèi)嵌MATLAB)算法平臺一體化的AS-WJC型自適應紅外瓦斯檢測系統(tǒng),并分別進行了有干擾和無干擾實驗環(huán)境的氣體檢測實驗。對于無環(huán)境干擾的氣體檢測實驗,在0~40000 ppm量程內(nèi),獲得的標定曲線擬合度為99.838%,檢測儀的相對滿量程測量誤差2%F.S.,在0 ppm濃度時,相對滿量程波動范圍0.925%F.S.。對于存在環(huán)境干擾的氣體檢測實驗,相同測量范圍內(nèi),標定曲線擬合度為99.606%,檢測儀的相對滿量程測量誤差3%F.S.,在0 ppm濃度時,相對滿量程波動范圍1.2%F.S.。實驗結(jié)果表明,通過對儀器進行本安化設計,本論文研制的自適應紅外瓦斯檢測系統(tǒng)可應用于礦井下甲烷濃度的檢測中。本論文的主要創(chuàng)新點如下:一、改進了傳統(tǒng)的差分氣體檢測方法,提出了硬件、軟件相結(jié)合的雙重差分紅外吸收光譜技術。二、在傳統(tǒng)的紅外瓦斯檢測系統(tǒng)中引入了現(xiàn)代濾波技術——FTF自適應濾波技術,取代了檢測儀中傳統(tǒng)的濾波方法,更好的濾除礦井下統(tǒng)計特性無法估計的突變噪聲。三、集成了基于數(shù)據(jù)采集卡、工控機和LabVIEW算法平臺的AS-WJC型自適應紅外瓦斯檢測系統(tǒng)。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TD712.3;TN216
【部分圖文】：

圖 1.1 文獻[37]中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖國科研工作者設計出了 Premier 系列紅外氣體檢，分辨率可實現(xiàn) 100 ppm[38]。2011 年，A. Vice測儀，其光源使用的是雙向銻激光二極管，該甲9]。2012 年，王利軍帶領半導體研究所的科研團研發(fā)工作，利用光聲光譜技術，以及團隊自主茲諧振腔，成功研制出了性能優(yōu)越的甲烷檢測系

圖 1.1 文獻[37]中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，英國科研工作者設計出了 Premier 系列紅外氣體檢測10%，分辨率可實現(xiàn) 100 ppm[38]。2011 年，A. Vicet 等檢測儀，其光源使用的是雙向銻激光二極管，該甲烷pm[39]。2012 年，王利軍帶領半導體研究所的科研團隊的研發(fā)工作，利用光聲光譜技術，以及團隊自主研制霍茲諧振腔，成功研制出了性能優(yōu)越的甲烷檢測系統(tǒng)示。經(jīng)過反復甲烷氣體實驗，該檢測系統(tǒng)的最低檢 [40]。

第二章 紅外氣體檢測原理與光學系統(tǒng)組成窗口（3.31 和 3.95 ）后，2%的 H2O 分子吸收CH4分子吸收程度相比，幾乎可以忽略不計，因此它響。對比圖 2.2(a)和(b)可以看出，CH4在波長為 3.31.95 時的 1000 多倍，因此可以將濾波波長為 3.95量的參考通道，用于消除環(huán)境背景噪聲。
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關碩士學位論文 前2條

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本文編號：2841326