基于物联网和NDIR的可燃气体探测技术研究

发布时间：2017-07-02 07:00

  本文关键词：基于物联网和NDIR的可燃气体探测技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可燃气体在生产、运输、贮存和使用过程中,一旦发生泄漏,极有可能会引发严重的火灾、爆炸事故,威胁人们的生命和财产安全。通过监测环境中可燃气体的浓度,一旦发现达到危险下限则启动一定的安全设备,这样就可以起到安全防范的作用。常用催化燃烧式和电化学气体传感器来监测可燃气体的泄漏,但是这些传感器由于存在这样或那样的缺点,在实际使用中带来种种弊端。双波长红外气体泄漏监测技术因其具备多气体测量、测量范围宽、灵敏度和精度高、稳定性和选择性好、可靠性高、寿命长等优点而得到重视和发展。近年来,随着物联网技术的发展,物联网应用领域越来越广泛,所带来的便利性和经济效益也非常巨大。将可燃气体泄漏监测装置接入互联网,可以打破地域的限制,组建更为有效的可燃气体泄漏监测系统。 本文从以下几个方面对基于物联网和NDIR技术的可燃气体探测技术进行研究： 1.基于NDIR的可燃气体探测器的结构设计 由于以CH4为代表的可燃气体对红外线的吸光强度较弱,在探测器的结构设计上,通过采用增加反射光路的方法来解决这个问题。为了延长反射光路,在探测器中加入镀金球面反射镜：为了确保反射过程中,光源发出的光能够顺利到达反射镜,在光源处增加聚光镜：同时为了有效获得反射后的光线,双波长红外接收器前端设置集光器；通过以上措施得到强度合适的探测信号。 2.探测器的温度补偿和浓度标定实验 实验中发现探测器的输出受温度影响较大,因此采集了不同温度下的探测器输出数据,浓度标定实验也在恒温20℃时进行,通过对采集的数据进行分析,选择排除了光源波动和进行了温度补偿后的参数吸收系数D,作为计算浓度的输入变量,得到了较稳定的输出结果。 3.基于物联网的探测网络技术研究 探测器采用嵌入式结构设计,使得探测器具有联网功能,接入互联网后,如何实现网络访问,如何组建网络化的探测系统,针对这两个问题,提出了两种探测系统网络结构,可以组建基于Internet的网络探测系统,并设计了相应的测试软件。两种探测网络结构分别适用于组建小型网络和大型网络,可以根据实际的需求进行选择。 通过以上步骤,所开发的基于物联网和NDIR技术的可燃气体探测器及可由其组成的探测网络基本成型,这些研究工作为建立有效的可燃气体探测系统提供了思路。
【关键词】：可燃气体探测器 浓度监测 NDIR 网络测控
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X932;TN929.5;TP391.44
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 引言11-12
• 1.2 常见可燃气体传感技术12-13
• 1.2.1 半导体气体传感器12
• 1.2.2 催化燃烧式气体传感器12-13
• 1.2.3 电化学气体传感器13
• 1.2.4 光学式气体传感器13
• 1.3 可燃气体探测系统13-14
• 1.4 物联网探测技术的发展14
• 1.5 研究内容和目标14-15
• 1.6 小结15-16
• 第二章 NDIR测量原理与探测器结构设计16-26
• 2.1 红外吸收原理16-20
• 2.1.1 红外辐射基础知识16
• 2.1.2 分子运动与红外吸收16-18
• 2.1.3 部分气体的特征吸收波长18-19
• 2.1.4 Lambert-Beer定律19-20
• 2.2 非色散红外吸收技术20-21
• 2.2.1 双波长红外探测技术20
• 2.2.2 双波长红外测量的基本结构20-21
• 2.2.3 计算参量的选取21
• 2.3 探测器的结构设计21-24
• 2.3.1 光学结构设计22-23
• 2.3.2 电路设计23-24
• 2.3.3 外壳设计24
• 2.4 工作原理24-25
• 2.5 小结25-26
• 第三章 探测器的标定和温度补偿实验研究26-36
• 3.1 温度影响因素26
• 3.2 实验方法26-27
• 3.2.1 实验系统26-27
• 3.2.2 实验方法27
• 3.3 探测器的输出特性27-29
• 3.3.1 标定实验流程27-28
• 3.3.2 标定实验结果28-29
• 3.4 温度对探测器输出的影响29-30
• 3.5 温度补偿30-35
• 3.5.1 人工神经网络30-31
• 3.5.2 温度补偿模型31-32
• 3.5.3 温度补偿结果32-35
• 3.6 小结35-36
• 第四章 基于物联网的可燃气体探测系统实现36-54
• 4.1 网络测控技术的发展趋势36
• 4.2 TCP/IP协议36-39
• 4.2.1 OSI体系结构和协议37
• 4.2.2 TCP/IP体系结构及协议37-39
• 4.3 网络测控系统的基本模式39
• 4.4 探测器的嵌入式结构设计39-41
• 4.4.1 嵌入式结构40
• 4.4.2 通信协议40-41
• 4.5 基于Labwindows/CVI的远程测控系统41-53
• 4.5.1 Labwindows/CVI简介41
• 4.5.2 Labwindows/CVI网络通讯的实现41-43
• 4.5.3 探测器的网络配置43-46
• 4.5.4 探测器作为服务器的小型探测网络46-49
• 4.5.5 基于专用服务器的探测网络49-53
• 4.6 小结53-54
• 第五章 结论与展望54-56
• 参考文献56-59
• 附录59-61
• 致谢61-62
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果62

【参考文献】

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本文编号：508827