矿井环境综合检测仪开发
发布时间：2021-11-11 06:26
在矿井作业环境中,岩层内泄露的有害气体、柴油机燃烧不充分排放的废气、炸药爆破所产生的有毒气体,都会导致矿井下有毒有害物质浓度的升高,从而严重威胁工作人员的人身安全。以国家规定的相关标准为指导,发展与部署井下环境检测设施是安全生产的重中之重。现有的环境检测设备主要有分布式检测节点和便携式气体检测仪两种。由于国内环境检测设备的研发与生产起步时间较晚,上述两种检测仪器存在通用性差,功能单一等不足,无法满足智慧矿山转型升级的要求。本文根据国内井下环境检测仪器的现状,针对目前仪器的缺陷与不足,设计开发了一套矿井环境综合检测仪。本文设计的矿井环境综合检测仪具备多环境参数采集、双电源供电、超限报警、手动报警、多种网络通信、数据和仪器状态现场显示、仪器参数现场设置、数据本地存储等功能。仪器既可作为分布式气体检测节点,对井下环境进行长时间定点监测;也可作为便携式气体检测仪器,实现各个巷道内的全面检测。本文研究并设计了各功能模块的硬件电路以及软件程序。硬件方面,使用基于Cortex-M4内核的STM32F407ZGT6单片机作为整个仪器的主控核心;设计LDO稳压电路用于整个仪器的供电;设计RS-485电平...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧气传感器结构图
济南大学硕士学位论文113.1.2二氧化碳传感器各种物质分子内部结构不同，因此不同物质对不同波长的光线会选择性吸收。并且物质对特定波长光的吸收关系服从朗伯.比尔吸收定律，具体表达式如下：1AlgKbcT(3.3)其中，A为吸光度，T为透光度，K为摩尔吸光系数(与吸收物质的性质和入射光波长有关)，b为吸收层厚度，c为吸光物质浓度。非扩散红外光吸收技术(Non-DispersiveInfraRed，NDIR)二氧化碳传感器就是基于上述原理，使用广谱光源作为传感器光源，光线透过气室中的被测气体，再透过窄带滤波片到达红外探测器[41]。由朗伯.比尔吸收定律可知吸光度与吸光物质浓度成正比，利用这一关系可以测得空气中二氧化碳浓度。基于非扩散红外光吸收技术的二氧化碳传感器结构如图3.3所示，主要由红外光源、光路、红外探测器、信号调理电路组成[42]。图3.3基于NDIR的二氧化碳传感器结构图基于NDIR原理的二氧化碳传感器具有测量范围宽、灵敏度高、反应迅速、支持实时测量以及寿命长等优点。该仪器选取SW400模块作为二氧化碳传感器，具体参数如表3.2。表3.2二氧化碳传感器参数型号量程(ppm)响应时间(s)灵敏度(ppm)使用寿命(年)SW4000-50000<202010
矿井环境综合检测仪开发123.1.3一氧化碳传感器一氧化碳浓度的测定选用三电极电化学传感器。当一氧化碳气体通过外壳的气孔扩散到工作电极时，在催化剂的催化作用下与水发生氧化反应，化学方程式如下：22COHOCO2H2e(3.4)在工作电极上发生氧化反应生成的氢离子和自由电子通过电解质溶液转移到对电极上，并与水中的氧气发生还原反应，化学方程式如下：221222OHeHO(3.5)因此在传感器内部发生的氧化还原反应为：222COO2CO(3.6)这个可逆反应一直在工作电极与对电极之间进行，并且使得电极之间产生电位差。由于电极上的氧化还原反应都会使电极极化，导致极间电位难以恒定。为解决电位不恒定的问题，传感器引入了参比电极，传感器结构如图3.4所示。参比电极不参与化学反应，此时工作电极与对电极之间的电流变化与气体浓度呈正比。图3.4一氧化碳传感器结构图三电极电化学传感器具有更好的稳定性，以及更宽的线性测量范围[43]，广泛应用于
本文编号：3488353
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧气传感器结构图
济南大学硕士学位论文113.1.2二氧化碳传感器各种物质分子内部结构不同，因此不同物质对不同波长的光线会选择性吸收。并且物质对特定波长光的吸收关系服从朗伯.比尔吸收定律，具体表达式如下：1AlgKbcT(3.3)其中，A为吸光度，T为透光度，K为摩尔吸光系数(与吸收物质的性质和入射光波长有关)，b为吸收层厚度，c为吸光物质浓度。非扩散红外光吸收技术(Non-DispersiveInfraRed，NDIR)二氧化碳传感器就是基于上述原理，使用广谱光源作为传感器光源，光线透过气室中的被测气体，再透过窄带滤波片到达红外探测器[41]。由朗伯.比尔吸收定律可知吸光度与吸光物质浓度成正比，利用这一关系可以测得空气中二氧化碳浓度。基于非扩散红外光吸收技术的二氧化碳传感器结构如图3.3所示，主要由红外光源、光路、红外探测器、信号调理电路组成[42]。图3.3基于NDIR的二氧化碳传感器结构图基于NDIR原理的二氧化碳传感器具有测量范围宽、灵敏度高、反应迅速、支持实时测量以及寿命长等优点。该仪器选取SW400模块作为二氧化碳传感器，具体参数如表3.2。表3.2二氧化碳传感器参数型号量程(ppm)响应时间(s)灵敏度(ppm)使用寿命(年)SW4000-50000<202010
矿井环境综合检测仪开发123.1.3一氧化碳传感器一氧化碳浓度的测定选用三电极电化学传感器。当一氧化碳气体通过外壳的气孔扩散到工作电极时，在催化剂的催化作用下与水发生氧化反应，化学方程式如下：22COHOCO2H2e(3.4)在工作电极上发生氧化反应生成的氢离子和自由电子通过电解质溶液转移到对电极上，并与水中的氧气发生还原反应，化学方程式如下：221222OHeHO(3.5)因此在传感器内部发生的氧化还原反应为：222COO2CO(3.6)这个可逆反应一直在工作电极与对电极之间进行，并且使得电极之间产生电位差。由于电极上的氧化还原反应都会使电极极化，导致极间电位难以恒定。为解决电位不恒定的问题，传感器引入了参比电极，传感器结构如图3.4所示。参比电极不参与化学反应，此时工作电极与对电极之间的电流变化与气体浓度呈正比。图3.4一氧化碳传感器结构图三电极电化学传感器具有更好的稳定性，以及更宽的线性测量范围[43]，广泛应用于
本文编号：3488353
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