隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,能源的需求量日漸增長,煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中有著無法撼動的地位。瓦斯是煤礦開采中各種有害氣體的總稱,其最主要的成分是CH₄與CO₂,瓦斯?jié)舛冗^大易造成爆炸或人員窒息,為保證煤礦開采時工作人員的安全,對兩種氣體濃度進(jìn)行檢測至關(guān)重要。本文基于非分光紅外技術(shù)（NDIR）開發(fā)了一款高精度、低成本、小型化的雙組分氣體傳感系統(tǒng),具體研究如下:在光學(xué)氣室的設(shè)計中,利用Solid Works完成了包括直射式、反射式、雙橢球式三種不同氣室結(jié)構(gòu)的3D建模,并利用光學(xué)軟件Light Tools對其內(nèi)腔中光路的傳輸進(jìn)行了光學(xué)仿真與對比分析,進(jìn)行了參數(shù)的確定,在繪制氣室3D模型圖的基礎(chǔ)上采用3D打印技術(shù)制得氣室模型。在硬件電路設(shè)計中,完成了供電電路、電壓調(diào)理電路以及光源驅(qū)動電路的設(shè)計。通過結(jié)合外接電壓與單片機(jī)定時器輸出的方波脈沖,實現(xiàn)了光源的調(diào)制;紅外探測器輸出的電壓信號經(jīng)過放大、濾波處理達(dá)到可被微處理器識別的閾值;微處理器通過擬合函數(shù)可將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為濃度信息,并傳輸至上位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)部分,使用Qt平臺實現(xiàn)計算機(jī)與微處理器的信息交互。結(jié)... 

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 常見氣體檢測技術(shù)
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第二章 非分光紅外探測技術(shù)的基本原理
    2.1 紅外光譜吸收法
        2.1.1 紅外光譜吸收原理
        2.1.2 CH_4與CO_2氣體分子的特征光譜
    2.2 朗伯-比爾定律
    2.3 非分光紅外檢測技術(shù)
    2.4 紅外差分檢測模型
    2.5 本章小結(jié)
第三章 傳感器氣室設(shè)計與光路仿真
    3.1 雙組分氣體傳感器基本光路結(jié)構(gòu)
        3.1.1 雙光束四通道
        3.1.2 單光束三通道
        3.1.3 單光束四通道
    3.2 雙組分氣體傳感器氣室內(nèi)腔設(shè)計
        3.2.1 直射式氣室結(jié)構(gòu)
        3.2.2 反射式氣室結(jié)構(gòu)
        3.2.3 雙橢球氣室結(jié)構(gòu)
    3.3 氣室光路仿真
        3.3.1 氣室3D模型圖繪制
        3.3.2 光路仿真分析
    3.4 氣室的制作
    3.5 氣室改進(jìn)方案
    3.6 本章小結(jié)
第四章 傳感器系統(tǒng)總體設(shè)計與實現(xiàn)
    4.1 系統(tǒng)設(shè)計
    4.2 關(guān)鍵器件選型
        4.2.1 紅外光源
        4.2.2 探測器及濾光片
    4.3 傳感器硬件設(shè)計
        4.3.1 電路設(shè)計
        4.3.2 控制部分
        4.3.3 PCB電路板設(shè)計
    4.4 傳感器上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計
        4.4.1 應(yīng)用程序開發(fā)框架Qt
        4.4.2 數(shù)據(jù)采集界面
    4.5 本章小結(jié)
第五章 雙組分氣體傳感器系統(tǒng)標(biāo)定與性能測試
    5.1 測試平臺
    5.2 雙組分標(biāo)定實驗
        5.2.1 甲烷氣體的標(biāo)定
        5.2.2 二氧化碳?xì)怏w的標(biāo)定
    5.3 傳感器性能測試
        5.3.1 精度測試
        5.3.2 重復(fù)性實驗
        5.3.3 穩(wěn)定性測試
    5.4 誤差分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]礦井內(nèi)CH4與CO2雙組分NDIR傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 趙勇毅,常建華,沈婉,趙正杰,房久龍.  紅外技術(shù). 2019(08)
[2]光干涉式甲烷測定器和催化燃燒式甲烷檢測報警儀的應(yīng)用分析[J]. 王翠紅.  中國標(biāo)準(zhǔn)化. 2019(04)
[3]SolidWorks軟件在機(jī)械工程中的應(yīng)用[J]. 李剛.  機(jī)械管理開發(fā). 2018(08)
[4]紅外甲烷氣體傳感器檢測方法研究[J]. 申劍光.  計量與測試技術(shù). 2018(07)
[5]機(jī)動車尾氣NDIR傳感器性能仿真分析[J]. 陳晨,張玉鈞,何瑩,尤坤,高彥偉.  紅外技術(shù). 2017(06)
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[7]3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)[J]. 張學(xué)軍,唐思熠,肇恒躍,郭紹慶,李能,孫兵兵,陳冰清.  材料工程. 2016(02)
[8]NDIR甲烷傳感器電路設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 李鑫,梁娜.  機(jī)械設(shè)計與制造. 2015(12)
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碩士論文
[1]基于NDIR原理的CO2濃度傳感器的制備與研究[D]. 袁博.電子科技大學(xué) 2019
[2]基于不分光紅外法甲烷氣體傳感器的研究[D]. 郭晶晶.中國計量大學(xué) 2017
[3]基于NDIR技術(shù)的礦用瓦斯?jié)舛葯z測報警裝置[D]. 原亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]TDLAS氣體檢測儀器的研制及算法研究[D]. 郭媛.天津大學(xué) 2014
[5]差分光學(xué)吸收在線測量有害氣體研究[D]. 徐理明.電子科技大學(xué) 2010
[6]基于電化學(xué)傳感器的多組分氣體濃度檢測儀[D]. 王秋花.西安理工大學(xué) 2010
[7]近紅外光譜在線分析氣體污染物的方法研究[D]. 孫毅.天津大學(xué) 2007



本文編號：3692385