瓦斯气体浓度光电检测系统的研究

发布时间：2017-04-12 16:19

  本文关键词：瓦斯气体浓度光电检测系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 瓦斯爆炸成为中国矿难的主要原因,其产生原因很多,诸如:使用不合指标的检测产品、检测设备不够、检测仪的灵敏度过低、检测仪器过期或未及时校准等。瓦斯爆炸三个必要条件为:1)瓦斯浓度5%-16%;2)高温热源(＞650℃)存于瓦斯引火感应期;3)氧气浓度＞12%。矿井中的氧气浓度通常大于12%,这是矿工在井下生存及作业的必要条件。因此,防止瓦斯爆炸主要在于实时监控瓦斯浓度并杜绝火源。在井下作业时,因设备、照明等难免会产生火花,因此主动地对瓦斯浓度进行实时、分布式的监控和检测而具有更重要的意义。 针对上述原因,本文设计了基于四光路双干涉分布式瓦斯检测系统。该系统是基于光干涉理论和比尔-朗伯吸收定律,通过CCD采集光干涉条纹的强度变化来反测瓦斯气体的浓度变化来工作的。此外,本文还专门为井下作业的矿工设计了便携式的瓦斯检测仪可实时实地的对瓦斯浓度进行检测并及时地进行报警。本文所研制的分布式及便携式的光学瓦斯检测系统具有以下主要的特点: 1)通过检测干涉条纹的强度变化,而不是通过计数干涉条纹的移动来测得瓦斯气体浓度的变化。避免了常规的光干涉瓦斯检测仪在到新环境检测瓦斯浓度时需要调零,同时避免人眼读干涉条纹移动量产生误差; 2)提出了双干涉仪,测量干涉仪中一路光经过标准气室,另一路光暴露在瓦斯中;参考干涉仪两路光均暴露在瓦斯气体中。通过参考干涉仪可补偿由光源波动和外界环境变化引起的测量误差,从而提高了检测气体的精确度。 3)气室设计结构简单,无鼓风泵等振动器件,系统运行稳定可靠; 4)采用CCD图像技术,并结合LabVIEW实验平台开发了瓦斯浓度分布式检测系统。该系统可多点实时采集、分析、显示瓦斯浓度曲线并具有数据的远程通信、保存及回放之功能,为系统及科学地研究矿井瓦斯气体浓度变化提供依据; 5)便携式瓦斯检测系统采用CPLD芯片(EPM7064),该芯片可精确的产生面阵CCD所需的时序信号并可避免使用大量的电子元器件。同时,本文选用ARM7TDMI-S微处理器处理CCD输出的视频信号。由于ARM7处理速度快、外围接口丰富可满足处理CCD输出视频信号的数据量大、频率快的需求;且该系统具有LCD实时显示浓度值、声光报警和网口数据下载和通讯等功能; 6)该检测系统具有稳定性高、防爆性好、响应速度快和使用寿命长的特点,并符合国家《煤矿安全规程》规定中对矿井瓦斯检测仪器的要求。
【关键词】：双干涉仪 虚拟仪器 瓦斯检测
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH83
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 研究背景意义14-15
• 1.2 甲烷的常用检测方法15-18
• 1.2.1 催化元件(黑白元件)15-16
• 1.2.2 气敏半导体传感器16
• 1.2.3 光纤吸收式瓦斯传感器16-17
• 1.2.4 渐逝场泄漏型光纤瓦斯传感器17
• 1.2.5 染料光谱吸收型光纤传感器17-18
• 1.2.6 光干涉法瓦斯传感器18
• 1.3 目前矿用瓦斯报警仪器18-19
• 1.4 课题的提出19-21
• 1.4.1 测量方法的比较19-20
• 1.4.2 本课题的主要研究内容和工作20-21
• 第二章 气体传感器干涉的基本理论21-33
• 2.1 两单色光干涉原理21-23
• 2.2 光波干涉条件23-26
• 2.2.1 时间和空间相干性23-25
• 2.2.2 菲涅尔-阿喇果法则25-26
• 2.3 相关光的获取26-27
• 2.4 迈克耳逊干涉仪27-29
• 2.4.1 迈克耳逊干涉仪的结构27
• 2.4.2 干涉条纹的特点27-28
• 2.4.3 光源的非单色性对干涉图样衬比度的影响28-29
• 2.5 常见干涉仪的种类及应用29-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 虚拟仪器下的开发平台LabVIEW33-45
• 3.1 虚拟仪器的概念33
• 3.2 虚拟仪器的构成33-35
• 3.2.1 虚拟仪器的硬件系统34-35
• 3.2.2 虚拟仪器的软件35
• 3.3 虚拟仪器开发平台软件LabVIEW35-39
• 3.3.1 LabVIEW的发展36
• 3.3.2 LabVIEW的结构36-37
• 3.3.3 LabVIEW的特点和优点37-39
• 3.4 LabVIEW的外部接口与扩展39-40
• 3.4.1 DDE动态调用39
• 3.4.2 动态链接库与应用编程接口39-40
• 3.4.3 C代码接口40
• 3.4.4 Matlab调用40
• 3.5 LabVIEW网络通信40-44
• 3.5.1 TCP与UDP通信40-43
• 3.5.2 DataSocket43-44
• 3.5.3 Remote Panels44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 分布式瓦斯检测系统设计45-66
• 引言45
• 4.1 分布式系统设计45-48
• 4.1.1 光学系统设计46
• 4.1.2 气体浓度检测原理46-48
• 4.2 元器件选取48-56
• 4.2.1 光源的选择48-50
• 4.2.2 气室的设计50
• 4.2.3 CCD摄像机的主要参数50-54
• 4.2.4 数据采集卡54-56
• 4.3 系统软件设计56-65
• 4.3.1 主界面设计56-57
• 4.3.2 具体工作流程57-58
• 4.3.3 各功能模块的介绍58-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 分布式瓦斯检测系统实验和结论分析66-75
• 5.1 光路的搭建66-67
• 5.2 实验数据处理67-72
• 5.2.1 图像采集和保存67
• 5.2.2 图像的读取67-70
• 5.2.3 图像的灰度处理70-71
• 5.2.4 实验结果71-72
• 5.3 误差分析72-74
• 5.3.1 光路影响72-73
• 5.3.2 CCD引入的系统误差73
• 5.3.3 标定误差73
• 5.3.4 高频噪声误差73-74
• 5.3.5 其它误差74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 便携式瓦斯检测仪的设计75-93
• 6.1 LD光源的驱动电路75-76
• 6.2 CCD芯片驱动76-79
• 6.3 CCD信号的检测和处理79-92
• 6.3.1 差动放大增益电路79-81
• 6.3.2 低通滤波电路81-83
• 6.3.3 信号处理系统设计83-92
• 6.4 本章小结92-93
• 第七章 结论和展望93-95
• 参考文献95-99
• 致谢99-100
• 附录100-105

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 黄亮;基于SLED光源光纤瓦斯检测技术研究及系统实现[D];燕山大学;2011年

2 柴航;光纤甲烷气体浓度检测系统的设计与实现[D];华中科技大学;2011年

3 林淑芬;车载主动式红外激光夜视成像系统的研究[D];厦门大学;2008年

4 蔺圣杰;基于红外检测和无线传感技术的井下瓦斯检测系统研究[D];辽宁工程技术大学;2008年

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本文编号：301670