基于虚拟锁相放大器的中红外一氧化碳检测系统的研究

发布时间：2023-04-21 22:17

　　一氧化碳(CO)是一种有毒、可燃、可爆性气体，与空气混合极易发生爆炸。工业生产中，如果发生泄漏，则有可能引起火灾，造成重大伤亡。空气中CO的浓度超过0.005％就会引起中毒，若浓度达到12.5％，遇到明火就会发生爆炸[2]。近年来，我国煤矿多次发生火灾、瓦斯和煤尘爆炸等事故，伤亡惨重，经济损失巨大。国家煤矿安全监察局颁布的《煤矿安全规程》规定了矿井下一氧化碳的最高浓度是24ppm。因此，研究一种能实时、高效地检测出CO浓度的检测仪具有十分重要的意义。本工作来源于国家科技支撑计划：“煤矿用红外CO检测仪(传感器)研发”，项目编号：2013BAK06B04。 本文所设计的CO检测系统是在LabVIEW平台上实现的，PC机的数据处理能力较强，与嵌入式微处理器相比，具有很大的优势。该系统采用热光源发出红外光，经气体吸收后用双通道热释电探测器探测光信号强度，探测的光信号强度包含了气体浓度相关信息，首先，探测器输出的电信号需要用简单的信号处理电路包括跟随电路、前置放大电路和隔直电路对其进行处理。之后，利用USB数据采集卡采集处理后的信号，送入LabVIEW平台进行处理。传感信号的幅值由基于LabV...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的背景和研究意义
    1.2 红外气体检测仪国内外进展状况
        1.2.1 国外发展状况
        1.2.2 国内发展状况
    1.3 锁相放大器国内外发展状况
        1.3.1 国外发展状况
        1.3.2 国内发展状况
    1.4 论文的主要研究内容
第二章 红外 CO 检测系统的原理
    2.1 红外吸收光谱
    2.2 CO 检测系统红外吸收原理
        2.2.1 CO 的红外光谱吸收带
        2.2.2 朗伯比尔定律
    2.3 光源和探测器
        2.3.1 光源的选择
        2.3.2 探测器的选择
    2.4 系统检测原理
    2.5 锁相放大器的原理
    2.6 本章小结
第三章 红外 CO 检测系统硬件电路的设计与调试
    3.1 设计电路总体方案
    3.2 系统供电模块
    3.3 光源驱动电路
    3.4 探测器相关电路
    3.5 信号处理电路
        3.5.1 跟随电路
        3.5.2 前置放大电路
        3.5.3 隔直电路
    3.6 主控芯片及其外围电路
        3.6.1 主控芯片
        3.6.2 供电模块
        3.6.3 串口通信模块
    3.7 USB 数据采集卡
    3.8 本章小结
第四章 系统软件部分的设计与调试
    4.1 主控部分 PWM 波形产生程序
    4.2 主控部分移相程序
    4.3 LabVIEW 编程环境介绍
    4.4 基于 LabVIEW 的虚拟锁相放大器的设计
    4.5 虚拟锁相仿真分析
        4.5.1 虚拟锁相放大器幅值误差仿真分析
        4.5.2 虚拟锁相放大器相位误差仿真分析
    4.6 CO 检测系统的整体程序
    4.7 本章小结
第五章 实验与结果分析
    5.1 锁相放大器的线性度标定
    5.2 移相稳定性和精度测量
    5.3 气体实验结果分析
    5.4 灵敏度实验
    5.5 系统稳定性实验
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
作者简介及所取得的科研成果
致谢



本文编号：3796351