【摘要】：本論文選題來源于國家科技支撐計劃“煤礦用紅外CO檢測儀(傳感器)的研發(fā)”。由于紅外氣體檢測法具有靈敏度高、性價比高、高選擇性等優(yōu)勢,目前受到了國內(nèi)外氣體檢測領域科研人員的普遍關注。鎖相放大技術是檢測微弱紅外傳感信號的關鍵技術之一,它能從較強的背景噪聲中提取出有用信號,對研制紅外氣體傳感器并改善其性能具有重要的意義。鑒于此,本論文研制了一種便攜式雙通道低頻鎖相放大器,應用于紅外一氧化碳氣體檢測中。在分析了紅外氣體檢測技術和鎖相放大技術的國內(nèi)外研究動態(tài)之后,本論文首先介紹了紅外氣體檢測系統(tǒng)的相關原理,包括分子紅外吸收光譜原理和鎖相放大原理。接著,利用Simulink軟件仿真平臺建立了仿真實驗系統(tǒng),證實了本論文設計方案的可行性。在此基礎上,給出了雙通道低頻鎖相放大器的軟硬件設計方案。通過功能驗證性實驗和一氧化碳氣體檢測實驗,逐一測試了所研制的低頻鎖相放大器的各項技術指標。首先,開展了雙通道低頻鎖相放大器的功能驗證性實驗。結果顯示:它能提取的最小標準信號幅度為1m V;不斷改變移相角度,當相位差越大時,相對移相誤差越小,結果都小于0.2%。利用配備的體積分數(shù)為0—1000ppm的一氧化碳標準氣體,開展了氣體檢測實驗。結果顯示:系統(tǒng)的檢測下限為10ppm;與理論測量結果對比,相對測量誤差小于15%;在一氧化碳氣體濃度為0ppm時,實際檢測到的氣體濃度在-5.2ppm—6.2ppm之間有較小幅度的波動;波動幅度在實際氣體檢測過程的允許范圍內(nèi)。計算了系統(tǒng)的阿倫方差,預測系統(tǒng)的檢測下限為1.19ppm�？紤]靜態(tài)配氣時氣體在氣室中擴散的時間,系統(tǒng)的響應時間約為58—62s。通過開展的實驗,驗證了研制的鎖相放大器的功能,已經(jīng)達到了紅外氣體檢測領域對提取微弱信號的要求。本論文研制的雙通道低頻鎖相放大器,結構簡單,性價比高,易于嵌入,在紅外氣體傳感器的研制和微弱傳感信號處理方面具有較好的應用前景。
[Abstract]:This thesis is based on the National Science and Technology support Program, Research and Development of Infrared CO detector (Sensor) for Coal Mine. Due to the advantages of high sensitivity, high performance-to-price ratio and high selectivity, infrared gas detection method has been widely concerned by researchers in the field of gas detection at home and abroad. Phase-locked amplification is one of the key techniques for detecting weak infrared sensing signals. It can extract useful signals from strong background noise, which is of great significance to the development of infrared gas sensors and the improvement of their performance. In view of this, a portable dual channel low frequency phase-locked amplifier is developed, which is applied to the detection of infrared carbon monoxide gas. After analyzing the research trends of infrared gas detection technology and phase-locked amplification technology at home and abroad, this paper firstly introduces the related principles of infrared gas detection system, including the principle of molecular infrared absorption spectrum and the principle of phase-locked amplification. Then, the simulation experiment system is established by using the Simulink software simulation platform, which proves the feasibility of the design of this paper. On the basis of this, the hardware and software design of two-channel low-frequency phase-locked amplifier is presented. Through the functional verification experiment and the carbon monoxide gas detection experiment, each technical index of the low-frequency phase-locked amplifier is tested one by one. First of all, the functional verification experiment of two-channel low-frequency phase-locked amplifier is carried out. The results show that the minimum standard signal amplitude is 1m V, and when the phase shift angle is changed continuously, the relative phase shift error is smaller when the phase difference is larger, and the results are less than 0.2. Gas detection experiments were carried out using carbon monoxide standard gas equipped with volume fraction of 0-1000ppm. The results show that the detection limit of the system is 10 ppm, the relative measurement error is less than 15, when the concentration of carbon monoxide is 0ppm, the detected gas concentration fluctuates slightly between -5.2 ppm-6.2 ppm. The fluctuation is within the allowable range of the actual gas detection process. The Aron variance of the system is calculated and the detection limit of the predicted system is 1.19 ppm. The response time of the system is about 58-62s considering the diffusion time of the gas in the gas chamber. Through the experiments, the function of the phase-locked amplifier has been verified, and the requirement of extracting weak signal in the field of infrared gas detection has been met. The dual-channel low-frequency phase-locked amplifier developed in this paper has the advantages of simple structure, high performance-to-price ratio and easy embedding. It has a good application prospect in the development of infrared gas sensor and the signal processing of weak sensor.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN722

【參考文獻】

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本文編號：2219567