双波段瓦斯抑爆探测器的研究

发布时间：2020-07-16 14:03

【摘要】：近年来,我国的科技持续进步,经济稳中提高,国家对各行业的生产安全越来越关注,特别是煤矿开采等较危险的产业,得到了更大的重视,其形势也是有了很好的改善。但是对于这种应用于矿山等环境的保护装置来讲,如果能提高它的性能,来更好地保护国家财产和人民安全,都是很有意义的。本文旨在设计一种同时包括紫外和红外两种传感器的双波段瓦斯抑爆探测系统。首先,介绍了主动抑爆装置的原理,常见探测器的分类;分别分析了火焰在红外波段的光谱特性和紫外光敏管的光谱特性,确定了两种探测器的中心波长,并选择合适型号的火焰探测器。其次,研究光学成像原理,设计了一款光学透镜。深入研究所选探测器的工作原理,针对其进行了硬件电路设计,包括原理图和PCB图的绘制。利用Solidworks进行探测系统壳体设计,并画出外观三维图。最后,分析当前市场上处理器的优缺点,选择FPGA的型号,基于FPGA设计FIR带通滤波器,并进行了仿真。最后对双波段瓦斯抑爆探测系统进行性能测试,包括系统电源电路测试、防尘监测传感器性能测试、紫外火焰探测器的探测距离测试以及双波段瓦斯抑爆探测系统整体响应时间测试。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TD712.7
【图文】：

示意图,辐射场,示意图,黑体辐射

结果如图 2.1 所示。图 2.1 辐射场的描述示意图2.1.3 黑体辐射定律的计算在黑体辐射理论中，普朗克公式有着其及其重要的地位，很多辐射理论以及成像理论都是依据普朗克公式来完成的。本设计采用 Matlab 对其进行模拟仿真，计算不同波长是所对应的辐射出射度的值。从式(2-1)中我们得到，该λ 的取值范围是 0 到无穷大，而在无穷远的时候，出射度的值基本为零，并没有参考意义，所以在用 Matlab 仿真时需要选择合适的波段，本设计选择 0-5.0μm 这个波长范围进行仿真工作（因为这个波段主要是近红外的分布波段，课题所选择的红外火焰探测器中心波长也在这个波段范围内），得到黑体辐射出射度随波长变化的曲线图，如图 2.2 所示。图 2.2 黑体辐射出射度随波长变化曲线图0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 500.511.522.533.544.5x 1011Wavelength/μmM(λ,T/(W

辐射能力,二氧化碳,水蒸气,碳氢

图 2.4 二氧化碳在不同波长范围内的辐射能力烧时产生的高温产物，除了二氧化碳之外还有一蒸气在不同波长范围内的辐射能力。从图 2.5 中.6-7.6μm、12-20μm 的时候具有很强的红外辐射能图 2.5 水蒸气在不同波长范围内的辐射能力物质在燃烧时产生的火焰温度不同，并且燃烧后生辐射光谱也不完全一样。所以我们还需要更多的强的光谱波段。因此，通过查找资料获得了另外三[21]

辐射能力,水蒸气,碳氢,辐射光谱

除了二氧化碳之外还有一个就是水蒸气。如图2.5 所示，给出了水蒸气在不同波长范围内的辐射能力。从图 2.5 中能够看到，水蒸气在波段 2.5-2.8μm、5.6-7.6μm、12-20μm 的时候具有很强的红外辐射能力。图 2.5 水蒸气在不同波长范围内的辐射能力由于各碳氢类物质在燃烧时产生的火焰温度不同，并且燃烧后生成的产物也定会千差万别，所产生的辐射光谱也不完全一样。所以我们还需要更多的实验数据，来确定碳氢类物质燃烧时较强的光谱波段。因此，通过查找资料获得了另外三种碳氢类物质的红外辐射光谱，如图 2.6、图 2.7、图 2.8 所示[21]。图 2.6 汽油的辐射光谱

【参考文献】