在煤礦生產(chǎn)環(huán)境中,瓦斯爆炸一直是礦井下工作人員生命安全的最大威脅。瓦斯爆炸主要是礦井下瓦斯?jié)舛冗^高所引發(fā)的災(zāi)難,因此,精準(zhǔn)地測(cè)出甲烷濃度,對(duì)于控制瓦斯?jié)舛?避免瓦斯爆炸事故的發(fā)生是一項(xiàng)必要的措施。為長(zhǎng)期有效地檢測(cè)甲烷濃度,需定期檢定甲烷傳感器。本課題在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“礦山新型甲烷通風(fēng)防塵安全儀器計(jì)量技術(shù)研究（2017YFF0205500）”的資助下,研制了插拔方便,可移動(dòng),能同時(shí)進(jìn)行十二個(gè)傳感器的自動(dòng)檢定,可適用于復(fù)雜光照條件下,多種輸出信號(hào),多種型號(hào)的非色散紅外甲烷傳感器自動(dòng)檢定系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容如下:本課題設(shè)計(jì)了檢定系統(tǒng)的氣體回路、基于STM32F407ZGT6的控制電路、對(duì)十二個(gè)甲烷傳感器輸出的電流及頻率信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的電路、基于樹莓派的傳感器示值圖像信號(hào)的采集識(shí)別及傳輸。為保證檢定系統(tǒng)中不同功能模塊之間的通信,頻率計(jì)、電流表與單片機(jī)之間的通信采用RS485通信協(xié)議,并開發(fā)了自定義的單片機(jī)與上位機(jī)、樹莓派之間的通信協(xié)議。由于系統(tǒng)多處供電電壓不同且部分相互隔離,因此設(shè)計(jì)了2路獨(dú)立的輔助電源,分別輸出15V、-15V電壓。上位機(jī)可完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、處理等功能,此外,上位機(jī)可通過串口通... 

【文章來源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：97 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

管道紅外甲烷傳感器結(jié)構(gòu)圖

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文10與棱鏡不同的是，濾光片不會(huì)將波長(zhǎng)分成單波長(zhǎng)，正因如此，該方法叫做非色散紅外法。對(duì)于氣體分子來說，當(dāng)其與入射紅外光相觸時(shí)，若分子的特征吸收頻率與入射光波長(zhǎng)一致，則會(huì)使得該氣體中的原子振動(dòng)能級(jí)改變，被約束的原子之間運(yùn)動(dòng)會(huì)加強(qiáng)。氣體吸收光譜后也會(huì)導(dǎo)致自身的溫度升高。甲烷作為典型的非對(duì)稱多原子氣體對(duì)紅外輻射有自己的光譜吸收特征，其具有兩個(gè)紅外光譜吸收帶，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分別3.31um及7.66um[32]。圖2-2非色散紅外吸收法原理圖Figure2-2Thepicturesofnon-dispersiveinfraredabsorptionmethod非色散紅外甲烷探測(cè)技術(shù)將朗伯-比爾定律作為基礎(chǔ)依據(jù)[33]，公式如下：()0KclIIe=（2-1）其中，I代表被測(cè)甲烷的接收光強(qiáng)度，0I代表入射光，K代表甲烷自身的光譜吸收系數(shù)，c代表甲烷的濃度值，l代表上述所提到光路長(zhǎng)度。若上述提到的0I為一平行光源，假設(shè)介質(zhì)厚度是1，因甲烷的分子數(shù)dN的吸收導(dǎo)致光強(qiáng)減弱為dI。由朗伯-比爾定律可得：1dI/I=-KdN（2-2）其中，1K代表比例常數(shù)，經(jīng)過積分可得：1lnI=-KN+（2-3）其中，N為甲烷的分子總數(shù)，為積分常數(shù)，式2-1即可寫為：10I=exp()exp(-KN)=exp()exp(-Kcl)=I(-Kcl)（2-4）每種氣體的吸收系數(shù)K都各不相同，即使都是甲烷氣體，也會(huì)隨著入射光的波長(zhǎng)而改變。若考慮甲烷氣體中含有其他i種雜質(zhì)氣體，那么式2-1可寫為：

進(jìn)行圖像去噪等處理是很有必要的，本節(jié)主要針對(duì)圖像矯正、字符定位、字符分割做介紹，并給出仿真實(shí)驗(yàn)過程中的效果圖。（1）圖像矯正檢定過程中傳感器懸掛于檢定柜中，無法避免有傾斜的情況，根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間，到達(dá)甲烷傳感器穩(wěn)定濃度示值時(shí)，控制器會(huì)與樹莓派進(jìn)行通信，樹莓派接收到相應(yīng)信號(hào)調(diào)用OpenCV對(duì)當(dāng)前視頻的幀進(jìn)行捕獲，通過Canny算子[35]對(duì)捕獲圖片的邊緣信息進(jìn)行提齲通過霍夫變換算法對(duì)圖像的直線進(jìn)行檢測(cè)，通過將平面空間中的圖像轉(zhuǎn)換至參數(shù)空間，來計(jì)算出矯正角，從而實(shí)現(xiàn)圖像矯正。本文進(jìn)行矯正的仿真結(jié)果如下圖3-1所示，左邊為捕獲的原圖，右邊為矯正后的圖像。圖3-1圖像矯正實(shí)驗(yàn)效果圖Figure3-1Theeffectpicturesoftheimagecorrectionexperiment（2）區(qū)域定位經(jīng)過圖像增強(qiáng)算法對(duì)傳感器數(shù)碼顯示值的紅色區(qū)域部分進(jìn)行處理，處理后傳感器數(shù)碼顯示區(qū)域的紅色要比原圖更加明顯，將增強(qiáng)后的RGB圖像轉(zhuǎn)換至HSV

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2938422