基于嵌入式WinCE的红外瓦斯检测仪研究

发布时间：2017-12-07 07:32

  本文关键词：基于嵌入式WinCE的红外瓦斯检测仪研究

  更多相关文章： 红外气体检测 红外吸收光谱 嵌入式系统WinCE Lab VIEW 数据采集卡

【摘要】：本论文选题于国家自然科学基金项目,“深部采动下自适应红外瓦斯传感特性致变模式及自适应检测机制研究”,项目编号:61307124。煤炭作为主要能源,其需求量越来越高。在煤矿开采的过程中,瓦斯灾害是严重威胁煤矿井下安全生产的五大自然灾害之一。每年约有上千人因煤矿瓦斯爆炸而丧生。瓦斯的主要成分是甲烷,当甲烷浓度达到5.3%~15%时,在伴有一定浓度的氧气和热源诱导下,可发生爆炸,这严重威胁了人们的生命财产安全。因此,精确、快速的测量甲烷浓度具有重大的意义,是煤矿安全生产中急迫需要解决的问题。本文基于中红外吸收光谱技术,选用双通道非分光红外传感器,结合嵌入式WinCE(Windows Embedded Compact)系统,设计并实现了一种便携式甲烷检测仪。该仪器主要由传感器及信号处理电路、嵌入式WinCE软/硬件系统、Lab VIEW信号处理平台三部分组成。首先,针对选用的英国E2V公司的IR12GJ型红外集成传感器,设计了传感器驱动电路和信号处理电路。传感器具有两个输出通道,分别为测量通道及参考通道,经过信号处理电路可对两通道的输出信号进行放大、隔直、调理等处理;其次,两路信号经调理后,由USB DAQ(Data Acquisition)Card(数据采集卡)采集并传输给嵌入式系统中的LabVIEW软件平台进行进一步的处理。以DSP(Digital Singnal Processing)处理器(S3C6410)为核心,根据需求设计了嵌入式系统硬件平台,包括选购的DSP核心板,设计的USB主设备接口、串口、SD卡接口、网络接口、无线通信模块及蜂鸣器等;最后,设计了Lab VIEW信号处理平台,主要功能为:采集信号,并对采集到的两路信号分别进行滤波处理,提取相应的幅值信息,根据公式计算得到气体浓度,显示浓度并存储数据,最后若浓度超标实行声光报警。通过Touch Panel Module进行LabVIEW程序的转换,并将转换得到的执行文件移植到嵌入式WinCE系统中。对研制的仪器开展的甲烷气体实验证明:仪器的检测下限为100 ppm;在100~65000 ppm范围内的相对测量误差小于9.1%;对5000ppm的气体样品持续监测了90分钟,得到相对测量误差最大为8.3%,表明仪器具有良好的稳定性;对0 ppm的气体样品持续监测了90分钟,并对检测结果做了Allan方差分析,预测检测下限在积分时间为31s时可达到17.58ppm;仪器响应时间小于20 s。该检测仪具有尺寸小、成本低等优势,且选用的传感器适用于矿下作业,从而具有推广和应用价值。本文的创新点:1.在便携式仪器中采用嵌入式WinCE操作系统,实现仪器的智能化及功能多样化。2.将上位机软件LabVIEW移植到嵌入式系统中,使仪器具有更加强大的数据处理能力。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.55

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本文编号：1261627