發(fā)布時間：2020-12-25 21:30

　　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,精準地測出甲烷濃度,對于控制瓦斯?jié)舛?避免瓦斯爆炸事故的發(fā)生是一項必要的措施。為長期有效地檢測甲烷濃度,需定期檢定甲烷傳感器。本課題在國家重點研發(fā)計劃“礦山新型甲烷通風(fēng)防塵安全儀器計量技術(shù)研究（2017YFF0205500）”的資助下,研制了插拔方便,可移動,能同時進行十二個傳感器的自動檢定,可適用于復(fù)雜光照條件下,多種輸出信號,多種型號的非色散紅外甲烷傳感器自動檢定系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容如下:本課題設(shè)計了檢定系統(tǒng)的氣體回路、基于STM32F407ZGT6的控制電路、對十二個甲烷傳感器輸出的電流及頻率信號進行檢測的電路、基于樹莓派的傳感器示值圖像信號的采集識別及傳輸。為保證檢定系統(tǒng)中不同功能模塊之間的通信,頻率計、電流表與單片機之間的通信采用RS485通信協(xié)議,并開發(fā)了自定義的單片機與上位機、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)計了2路獨立的輔助電源,分別輸出15V、-15V電壓。上位機可完成數(shù)據(jù)實時顯示、處理等功能,此外,上位機可通過串口通... 

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

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級別】：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，濾光片不會將波長分成單波長，正因如此，該方法叫做非色散紅外法。對于氣體分子來說，當(dāng)其與入射紅外光相觸時，若分子的特征吸收頻率與入射光波長一致，則會使得該氣體中的原子振動能級改變，被約束的原子之間運動會加強。氣體吸收光譜后也會導(dǎo)致自身的溫度升高。甲烷作為典型的非對稱多原子氣體對紅外輻射有自己的光譜吸收特征，其具有兩個紅外光譜吸收帶，對應(yīng)的波長分別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代表被測甲烷的接收光強度，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，也會隨著入射光的波長而改變。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：

進行圖像去噪等處理是很有必要的，本節(jié)主要針對圖像矯正、字符定位、字符分割做介紹，并給出仿真實驗過程中的效果圖。（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)時間，到達甲烷傳感器穩(wěn)定濃度示值時，控制器會與樹莓派進行通信，樹莓派接收到相應(yīng)信號調(diào)用OpenCV對當(dāng)前視頻的幀進行捕獲，通過Canny算子[35]對捕獲圖片的邊緣信息進行提齲通過霍夫變換算法對圖像的直線進行檢測，通過將平面空間中的圖像轉(zhuǎn)換至參數(shù)空間，來計算出矯正角，從而實現(xiàn)圖像矯正。本文進行矯正的仿真結(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圖像矯正實驗效果圖Figure3-1Theeffectpicturesoftheimagecorrectionexperiment（2）區(qū)域定位經(jīng)過圖像增強算法對傳感器數(shù)碼顯示值的紅色區(qū)域部分進行處理，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，將增強后的RGB圖像轉(zhuǎn)換至HSV

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：2938422