基于红外热光源的多气体检测仪的研制

发布时间：2017-08-23 23:27

  本文关键词：基于红外热光源的多气体检测仪的研制

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【摘要】：煤矿下作业,安全生产是首先要考虑的因素。一旦出现安全事故,不但会威胁到矿下工作人员的生命安全,而且也会给国家带来经济损失。甲烷气体是引起煤矿爆炸的主要因素,矿下的一氧化碳气体可以可以引起火灾并使人中毒,煤矿爆炸后,会产生大量的二氧化碳气体,人长期处于这种环境下,会使人窒息死亡。综上所述,目前亟需研制一台仪器可以监测三种气体的浓度,保障煤矿下的安全生产。本系统利用红外检测技术中的直接吸收法,首先利用球面反射聚光镜与红外热光源组成了光程为40cm的气室。由于光源长时间工作会有热漂移,本系统给光源配置了散热片来降低光源的热噪声,同时使用双通道热释电探测器,一路通道输出测量信号,另外一路输出参考信号,利用差分的方法进一步抑制了光源的干扰。本系统使用步进电机与编码器组成了旋转检测系统,使用UG(NX6.0)软件,对旋转检测系统的实际尺寸进行了三维建模仿真,设计了转盘与底座,并将三个探测器固定在转盘上,利用3D打印技术将设计的模型制作出来。设计并制作了电路,信号处理电路部分包括:前置放大电路、主放大电路、低通滤波电路、峰值检波电路,驱动电路部分包括:恒流源电路、旋转复位电路、步进电机驱动电路。本系统利用双刀双掷模拟开关在三种探测器之间来回切换,后端利用峰值检波电路将待测信号的峰值转化成直流量输出,最终利用DSP内部的高速A/D对直流量进行采样,并对数据进行算法处理,根据拟合公式中电压与气体浓度的关系换算得到待测气体的浓度,用液晶显示出来。本系统可以利用分时复用的办法检测一氧化碳、二氧化碳、甲烷三种气体。本系统最终实现检测一氧化碳气体的检测下限为150ppm,灵敏度为150ppm,检测范围为150-20000ppm,二氧化碳气体的检测下限为130ppm,灵敏度为130ppm,检测范围为130-20000ppm,甲烷的检测下限为200ppm,灵敏度为200ppm,检测范围为200-20000ppm。
【关键词】：多气体检测 红外检测技术 步进电机 分时复用
【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】：TD711
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景和意义10
• 1.2 红外气体检测研究发展趋势10-14
• 1.2.1 国际发展趋势10-12
• 1.2.2 国内发展趋势12-14
• 1.3 气体检测仪分类14-17
• 1.3.1 热导型一氧化碳检测仪14-15
• 1.3.2 催化燃烧型检测仪15
• 1.3.3 光干涉型检测仪15-16
• 1.3.4 半导体型检测仪16
• 1.3.5 电化学型检测仪16-17
• 1.3.6 红外型气体检测仪17
• 1.4 多气体检测仪介绍17-19
• 1.5 论文主要研究内容19-20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 红外气体吸收原理21-26
• 2.1 概述21
• 2.2 红外气体吸收原理的优点21-22
• 2.3 朗伯比尔定律22
• 2.4 光源部分介绍22-25
• 2.5 探测器25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 硬件电路部分设计26-40
• 3.1 系统总体方案设计26-27
• 3.2 硬件电路介绍27-37
• 3.2.1 恒流源电路28-29
• 3.2.2 前置放大器29-30
• 3.2.3 低通滤波电路30-31
• 3.2.4 峰值检波器31-32
• 3.2.5 旋转复位电路32-33
• 3.2.6 主放大电路33-34
• 3.2.7 模拟开关电路34-35
• 3.2.8 电机驱动电路35-36
• 3.2.9 增量编码器36-37
• 3.3 制作电路37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 机械与光学部分设计40-43
• 4.1 机械部分设计40-41
• 4.2 光学部分41-42
• 4.3 本章小结42-43
• 第五章 软件部分设计43-48
• 5.1 DSP芯片介绍43
• 5.2 整体软件流程43-44
• 5.3 数字滤波44
• 5.4 读取编码器44-45
• 5.5 电机PID控制算法45-47
• 5.6 本章小结47-48
• 第六章 系统实验48-55
• 6.1 系统整机实验48-55
• 6.1.1 曲线拟合48-50
• 6.1.2 示值引用误差50-52
• 6.1.3 重复性52
• 6.1.4 系统稳定性测试52-54
• 6.1.5 检测范围与检测下限54-55
• 第七章 总结与展望55-57
• 7.1 本文总结55
• 7.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 作者简介及科研成果61-62
• 致谢62

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本文编号：727909