基于电化学法的微量有害气体检测技术研究
发布时间：2023-05-20 06:53
人类的生产生活离不开气体环境。随着社会经济的发展进步,多种有害气体广泛的存在于诸如大气、生产车间,密闭的舱室等空间中。环境中的有害气体往往难以察觉,不能妥善处理极易导致各种急性中毒事故和慢性中毒损害。及时监测环境中的有害气体变化对于控制大气污染,尽早发现有害气体泄漏,保护人民生命健康有重要的意义。本文面向低浓度有害气体检测中的需要,在分析对比各种不同原理的气体检测技术的前提下,选择电化学技术的气体检测方法,设计实现了低浓度条件下,高精度一氧化碳、二氧化氮有害气体实时检测系统。针对当前低浓度电化学传感器检测技术中存在的噪声问题、传感器标定问题以及交叉干扰等问题进行了研究了。论文的主要工作如下:1.广泛了解国内外有害气体控制标准的基础上,调研国内外电化学气体传感器的技术指标,完成检测系统的传感器选型。针对不同结构电化学传感器设计开发了通用于不同结构的电化学传感器硬件系统。硬件系统包括:可通用于还原性和氧化性气体的两电极、三电极、四电极传感器恒电位驱动模块、跨阻放大电流检测电路模块、电位调整电路、A/D转换电路、硬件供电电源模块和用于数据采集的微控制器部分。硬件部分经实验调试,能够正确驱动传...
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 一氧化碳、二氧化氮气体的检测方法及研究现状
1.2.1 气相色谱法
1.2.2 吸收光谱法
1.2.3 电化学检测法
1.2.4 半导体敏感材料检测法
1.2.5 国内外有害气体检测产品现状
1.3 本文主要内容及创新点
第二章 电化学气体传感器结构及理论基础
2.1 引言
2.2 电化学气体传感器基本原理
2.2.1 两电极电化学气体传感器基本原理
2.2.2 三电极、四电极电化学气体传感器基本原理
2.3 气体传感器的电化学机理
2.3.1 扩散电流与法拉第定律
2.3.2 电动势机理与能斯特方程
2.3.3 离子选择性电极
2.4 本章小结
第三章 电化学气体传感器实验平台的设计
3.1 引言
3.2 气体传感器的选型
3.2.1 氧气传感器
3.2.2 一氧化碳传感器
3.2.3 二氧化氮传感器
3.3 有害气体传感器实验平台硬件设计
3.3.1 系统结构
3.3.2 电源电路设计
3.3.3 恒电位操作电路设计
3.3.4 跨阻放大电路设计
3.3.5 A/D转换电路设计
3.4 有害气体传感器实验平台软件设计
3.4.1 嵌入式软件设计
3.4.2 上位机数据采集软件设计
3.5 电化学气体传感器的浓度计算
3.5.1 两电极、三电极传感器浓度计算算法
3.5.2 四电极传感器浓度计算算法
3.6 本章小结
第四章 电化学气体传感器滤波算法研究
4.1 引言
4.2 系统噪声分析
4.3 信号滤波算法实验及分析
4.3.1 均值滤波、中值滤波实验分析
4.3.2 小波滤波实验分析
4.3.3 卡尔曼滤波效果分析
4.3.4 卡尔曼-小波滤波算法的研究
4.4 各滤波算法对比分析
4.4.1 实验结果分析
4.5 本章小结
第五章 有害气体传感器标定实验
5.1 引言
5.2 有害气体传感器标定实验中存在的问题
5.3 基于大气监测数据的标定实验设计
5.3.1 氧气传感器标定实验
5.3.2 一氧化碳传感器标定实验
5.3.3 二氧化氮传感器标定实验
5.4 基于大气监测数据的标定实验方法评价对比
5.5 本章小结
第六章 基于多传感器融合技术的补偿方法研究
6.1 引言
6.2 臭氧对二氧化氮传感器交叉干扰的机理分析
6.2.1 二氧化氮还原反应
6.2.2 传感器电极电势
6.3 臭氧交叉干扰补偿研究
6.3.1 当前常见交叉干扰解决方法
6.3.2 臭氧数据直接补偿实验
6.3.3 臭氧数据补偿存在的问题
6.4 多传感器融合补偿方法研究
6.4.1 补偿模型建立
6.4.2 补偿模型效果验证
6.5 实验结果分析
6.6 本章小结
第七章 电化学有害气体传感器的系统集成
7.1 引言
7.2 系统结构
7.2.1 模拟、数字部分集成
7.2.2 上位机数据处理
7.2.3 数据可视化
7.3 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师及作者简介
附件
本文编号：3820758
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 一氧化碳、二氧化氮气体的检测方法及研究现状
1.2.1 气相色谱法
1.2.2 吸收光谱法
1.2.3 电化学检测法
1.2.4 半导体敏感材料检测法
1.2.5 国内外有害气体检测产品现状
1.3 本文主要内容及创新点
第二章 电化学气体传感器结构及理论基础
2.1 引言
2.2 电化学气体传感器基本原理
2.2.1 两电极电化学气体传感器基本原理
2.2.2 三电极、四电极电化学气体传感器基本原理
2.3 气体传感器的电化学机理
2.3.1 扩散电流与法拉第定律
2.3.2 电动势机理与能斯特方程
2.3.3 离子选择性电极
2.4 本章小结
第三章 电化学气体传感器实验平台的设计
3.1 引言
3.2 气体传感器的选型
3.2.1 氧气传感器
3.2.2 一氧化碳传感器
3.2.3 二氧化氮传感器
3.3 有害气体传感器实验平台硬件设计
3.3.1 系统结构
3.3.2 电源电路设计
3.3.3 恒电位操作电路设计
3.3.4 跨阻放大电路设计
3.3.5 A/D转换电路设计
3.4 有害气体传感器实验平台软件设计
3.4.1 嵌入式软件设计
3.4.2 上位机数据采集软件设计
3.5 电化学气体传感器的浓度计算
3.5.1 两电极、三电极传感器浓度计算算法
3.5.2 四电极传感器浓度计算算法
3.6 本章小结
第四章 电化学气体传感器滤波算法研究
4.1 引言
4.2 系统噪声分析
4.3 信号滤波算法实验及分析
4.3.1 均值滤波、中值滤波实验分析
4.3.2 小波滤波实验分析
4.3.3 卡尔曼滤波效果分析
4.3.4 卡尔曼-小波滤波算法的研究
4.4 各滤波算法对比分析
4.4.1 实验结果分析
4.5 本章小结
第五章 有害气体传感器标定实验
5.1 引言
5.2 有害气体传感器标定实验中存在的问题
5.3 基于大气监测数据的标定实验设计
5.3.1 氧气传感器标定实验
5.3.2 一氧化碳传感器标定实验
5.3.3 二氧化氮传感器标定实验
5.4 基于大气监测数据的标定实验方法评价对比
5.5 本章小结
第六章 基于多传感器融合技术的补偿方法研究
6.1 引言
6.2 臭氧对二氧化氮传感器交叉干扰的机理分析
6.2.1 二氧化氮还原反应
6.2.2 传感器电极电势
6.3 臭氧交叉干扰补偿研究
6.3.1 当前常见交叉干扰解决方法
6.3.2 臭氧数据直接补偿实验
6.3.3 臭氧数据补偿存在的问题
6.4 多传感器融合补偿方法研究
6.4.1 补偿模型建立
6.4.2 补偿模型效果验证
6.5 实验结果分析
6.6 本章小结
第七章 电化学有害气体传感器的系统集成
7.1 引言
7.2 系统结构
7.2.1 模拟、数字部分集成
7.2.2 上位机数据处理
7.2.3 数据可视化
7.3 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师及作者简介
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本文编号：3820758
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