矿用光纤甲烷监测系统

发布时间：2017-08-08 09:41

  本文关键词：矿用光纤甲烷监测系统

  更多相关文章： DFB激光器 二乘拟合 自动增益 光谱吸收 光纤传感器

【摘要】：在我国,主要能源依然是煤炭,煤炭的开采安全极其重要。安全对于煤炭行业来说永远放在第一位。瓦斯爆炸,煤层坍塌,粉尘爆炸,渗水,煤层自燃等都给煤炭安全开采带来了极大的威胁。其中瓦斯爆炸尤为突出。解决瓦斯突出及爆炸问题,必须加强对瓦斯的监测监控。作为检测的传感器直接关系到煤矿安全监控系统的可靠性和灵敏度,对监测监控起着决定作用。然而长期以来我国载体催化元件由于受生产工艺和技术的影响,一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调整校正频繁的缺点,严重制约着矿井瓦斯准确的有效检测,与国外同类传感器(黑白元件)比较差距是较大的。针对以上气体浓度检测仪的缺点,本文设计了基于激光技术的矿用光纤甲烷监测系统。此系统具有多通道,检测精度高,响应时间快,标校周期长,使用寿命长等优点,将逐步取代以往瓦斯检测仪。系统采用了即快速又准确的激光光谱吸收的检测技术。采用了1653nm波长的DFB激光器作为光源,以耦合器为基础搭建了光路,光纤作为传输介质,S3C2440微处理器作为监测系统的微处理器,利用光电探测器、放大电路和A/D完成信号采集处理。以S3C2440微处理器为基础,设计了电源电路、光源调制电路、自动增益电路、光电转换电路、数据采集电路等硬件电路；以耦合器为基础设计了甲烷检测所需要的光路；采用了串口服务器和光纤收发器转换232信号为网络信号或者光纤信号,利用煤矿交换机或者光缆完成数据传输。采用了最小二乘拟合算法和二次曲线算法计算甲烷气体浓度。本文对矿用光纤甲烷监测系统进行了气体稳定性实验和精确度实验,结果证明基于光谱吸收原理的矿用光纤甲烷监测系统具有更高的精确度和稳定性。当前国家正在大力发展物联网,而物联网的基础就是传感器及其网络,开发新型智能传感器对发展煤矿安全物联网具有重要的意义。矿用光纤甲烷监测系统对于国内煤矿企业更好的进行井下瓦斯的预警及检测必会带来设备技术上的革新升级,必将会大大减少瓦斯事故的发生,为煤矿的安全生产发挥更加重要的作用。
【关键词】：DFB激光器 二乘拟合 自动增益 光谱吸收 光纤传感器
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.55
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题的研究背景及研究意义11-12
• 1.2 光纤气体检测的分类12-13
• 1.3 系统的特色与优势13
• 1.4 论文的主要内容13-15
• 第2章 光纤甲烷监测系统的基本原理15-18
• 2.1 比尔-郎伯定律15-16
• 2.2 甲烷气体吸收峰的选择16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 第3章 光纤甲烷监测系统的硬件设计18-36
• 3.1 光纤甲烷监测系统的总体设计18-19
• 3.2 光学系统的设计19-28
• 3.2.1 系统光路的设计19-20
• 3.2.2 参考气室的设计20-21
• 3.2.3 激光光源的选择21-25
• 3.2.4 探测器的选择25-26
• 3.2.5 传感器的设计26-28
• 3.3 电路系统的硬件设计28-35
• 3.3.1 微处理器28-29
• 3.3.2 激光器温控电路29-30
• 3.3.3 激光器驱动电路30-31
• 3.3.4 光电转换电路31-33
• 3.3.5 通信电路33-34
• 3.3.6 电源电路34
• 3.3.7 传输接口34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 检测软件设计与解调算法36-53
• 4.1 软件开发平台36
• 4.2 软件主程序的设计36-37
• 4.3 软件的模块设计37-44
• 4.3.1 激光器驱动电流程序设计37-39
• 4.3.2 数据采集的程序设计39-41
• 4.3.3 自动增益调节算法41-42
• 4.3.4 浓度计算算法设计42-44
• 4.4 系统软件解调流程44-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 光纤甲烷监测系统性能测试53-58
• 5.1 系统标定53-55
• 5.2 吸收试验55
• 5.3 稳定性实验55-57
• 5.4 检测精度实验57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 总结与展望58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 附件63

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本文编号：639362