發(fā)布時(shí)間：2017-05-07 11:08

  本文關(guān)鍵詞：基于反射光模型的紅外甲烷傳感器系統(tǒng)研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤炭資源是目前我國(guó)的主要基礎(chǔ)能源,在開(kāi)采過(guò)程中所產(chǎn)生的瓦斯氣體其主要成分是甲烷。雖然國(guó)家對(duì)安全生產(chǎn)工作,常抓不懈,但是由于瓦斯爆炸造成的煤礦安全事故,卻從未中斷。甲烷氣體盡管不是大氣的主要成分,它對(duì)溫室效應(yīng)造成的影響卻遠(yuǎn)比二氧化碳大得多。無(wú)論從環(huán)境保護(hù)角度,還是安全生產(chǎn)方面,對(duì)甲烷氣體的實(shí)時(shí)精確檢測(cè)都顯得尤為重要。為了了解目前的研究動(dòng)向及進(jìn)展,對(duì)國(guó)內(nèi)外紅外檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研分析。自二十世紀(jì)七十年代末開(kāi)始,歐洲就有學(xué)者利用光譜吸收法對(duì)大氣污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)。隨后又有科研工作者從紅外光譜理論、橢球形光學(xué)氣室、光學(xué)熱敏元件、優(yōu)化探測(cè)器布局、信號(hào)調(diào)理、激光發(fā)射器等多方面進(jìn)行了研究,而且取得了重大的進(jìn)展,已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)推廣到了工業(yè)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)紅外檢測(cè)技術(shù),起步晚,發(fā)展迅猛,從光學(xué)吸收池、光路信號(hào)、檢測(cè)系統(tǒng)、分子光譜理論等多角度進(jìn)行了研究,取得了一定的進(jìn)展,但距離工業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。從分子光譜理論角度,對(duì)紅外檢測(cè)甲烷氣體進(jìn)行了理論分析,在基礎(chǔ)理論之上對(duì)空氣中常見(jiàn)氣體分子,使用HITRAN Database進(jìn)行了紅外光譜圖的模擬,得出理論上紅外技術(shù)檢測(cè)甲烷氣體的可行性。針對(duì)朗伯-比爾定律,提出吸收截面系數(shù)、光程長(zhǎng)度、光的強(qiáng)度難以精確測(cè)量的三個(gè)檢測(cè)問(wèn)題,經(jīng)過(guò)一系列理論推導(dǎo)、論證,建立了基于反射光模型的紅外甲烷傳感器模型。在模型基礎(chǔ)上,借助已有的傳感探頭,設(shè)計(jì)了用以控制整個(gè)傳感器的主控電路板,負(fù)責(zé)電源供給的電源電路,提供相關(guān)電壓轉(zhuǎn)換的電路,設(shè)計(jì)了傳感探頭接口電路,處理微弱信號(hào)的放大濾波電路,調(diào)試接口JTAG接口電路。在完成了電路板的焊接之后,對(duì)信號(hào)處理電路進(jìn)行了性能分析比較。為了進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn),搭建了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以1-Wire總線通信協(xié)議將標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入、讀出DS2431芯片,配合單片機(jī)進(jìn)行了濃度計(jì)算模塊的設(shè)計(jì),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。在排除其他干擾的實(shí)驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)上,得出溫度對(duì)傳感器精度的影響最大,基于傳熱學(xué)理論基礎(chǔ),對(duì)光學(xué)氣室進(jìn)行了導(dǎo)熱、對(duì)流的熱分析數(shù)值模擬,并提出了實(shí)用的溫度補(bǔ)償計(jì)算算法,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:該算法在0-4%濃度范圍內(nèi),相比未補(bǔ)償前,具有較高的精確度及穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：紅外 甲烷傳感器 HITRAN Database 放大濾波 濃度計(jì)算 標(biāo)定實(shí)驗(yàn) 溫度補(bǔ)償
【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)11-14
• 1.2.1 國(guó)外研究動(dòng)態(tài)11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)13-14
• 1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容及方法14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 第二章 檢測(cè)理論及檢測(cè)模型16-28
• 2.1 檢測(cè)理論16-22
• 2.1.1 分子光譜理論16-18
• 2.1.2 HITRAN紅外光譜圖研究18-22
• 2.2 檢測(cè)模型22-26
• 2.2.1 吸收光譜檢測(cè)技術(shù)22-23
• 2.2.2 模型建立23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-28
• 第三章 硬件部分28-44
• 3.1 硬件部分28-33
• 3.1.1 系統(tǒng)原理圖28-29
• 3.1.2 傳感頭部分29-30
• 3.1.3 主控電路部分30-31
• 3.1.4 電源提供及電壓轉(zhuǎn)換31-32
• 3.1.5 傳感探頭接口電路32-33
• 3.2 溫度監(jiān)測(cè)模塊33-35
• 3.3 JTAG調(diào)試模塊35-36
• 3.4 信號(hào)處理電路36-38
• 3.5 PCB板的制作38-41
• 3.5.1 PCB電路板布置原則38
• 3.5.2 設(shè)計(jì)PCB板38-41
• 3.6 性能研究41-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第四章 濃度計(jì)算模塊及實(shí)驗(yàn)測(cè)試44-58
• 4.1 1-Wire總線通信協(xié)議44-48
• 4.1.1 單總線處理流程44-45
• 4.1.2 操作時(shí)序45-48
• 4.2 濃度計(jì)算模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)48-55
• 4.2.1 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建48-49
• 4.2.2 上位機(jī)通信模塊的波特率設(shè)置49-51
• 4.2.3 濃度計(jì)算模塊51-55
• 4.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第五章 溫度補(bǔ)償?shù)难芯?/span>58-70
• 5.1 溫度問(wèn)題58
• 5.2 氣室溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬58-62
• 5.2.1 傳熱學(xué)分析58-60
• 5.2.2 溫度場(chǎng)數(shù)值模擬60-62
• 5.3 溫度補(bǔ)償62-65
• 5.3.1 理論推導(dǎo)62-64
• 5.3.2 兩個(gè)溫度補(bǔ)償系數(shù)的推導(dǎo)64-65
• 5.4 補(bǔ)償后的實(shí)驗(yàn)測(cè)試65-68
• 5.4.1 預(yù)熱處理65-66
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試66-68
• 5.5 本章小結(jié)68-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-74
• 6.1 論文工作總結(jié)70-71
• 6.2 未來(lái)工作展望71-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文82

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  本文關(guān)鍵詞：基于反射光模型的紅外甲烷傳感器系統(tǒng)研制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：349736