基于超声波相位差法的氢气检测仪设计

发布时间：2023-12-11 18:31

　　氢气作为一种无污染的高效清洁能源和重要的化工原料,广泛应用于航空航天、核电站、核潜艇、汽车和化工领域等。然而氢气也是一种易燃易爆的气体,在常温常压下,当所占空气体积比例达到4%以上时极易发生爆炸。目前国内外的氢气检测仪普遍采用的是催化式传感器,而这类传感器普遍存在长期稳定性差、功耗高、寿命短等问题,无法在恶劣环境中使用。为保障氢气在工业生产过程中安全使用,本文研制出一套高性能的氢气检测系统,对于国民经济领域甚至国防领域具有重要意义。针对现有氢气检测技术普遍存在的问题,本文提出了一种新型检测方法――超声波相位差法。由于氢气的声速与其他气体的声速具有显著差别,利用此特性便可准确地检测出气体中的氢气浓度,并排除其他气体的干扰。本文采用测量通道和参考通道的双通道设计,巧妙地将超声波速度差转化为相位差,用测得的相位差变化来反映气体浓度的变化,提高了测量精度,同时也消除了环境温度对零点的影响;采用数字温度传感器进行灵敏度补偿,拓展了传感器的工作温度范围,减少了外界环境对测量精度的干扰。本文进行了氢气检测仪的测量模块和主模块的硬件电路设计,完成了检测仪的软件设计。采用完成的检测仪样机进行了氢气浓度实...

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 课题相关领域发展状况
    1.3 课题来源及主要研究内容
第2章 超声波氢气检测仪总体方案设计
    2.1 技术指标要求
    2.2 整体设计方案设计
    2.3 测量模块方案设计
        2.3.1 超声波检测原理及传感器结构
        2.3.2 超声波传感器功能分析
    2.4 主模块方案设计
    2.5 单片机选型
    2.6 本章小结
第3章 超声波检测理论分析
    3.1 声速的影响因素
    3.2 超声波相位差法氢气检测原理分析
    3.3 本章小结
第4章 氢气检测仪的硬件电路设计
    4.1 测量模块电路设计
        4.1.1 测量模块单片机电路
        4.1.2 超声波传感器驱动电路
        4.1.3 超声波信号放大电路
        4.1.4 检相电路
        4.1.5 DS18B20测温电路
    4.2 主模块电路设计
        4.2.1 主模块单片机电路
        4.2.2 系统电源电路设计
        4.2.3 红外接收电路
        4.2.4 显示电路
        4.2.5 报警电路
        4.2.6 标准频率输出及连接故障报警电路
    4.3 本章小结
第5章 系统软件设计
    5.1 系统软件设计概述
    5.2 主程序设计
    5.3 红外解码程序设计
        5.3.1 NEC协议
        5.3.2 红外遥控流程图
    5.4 标定程序设计
    5.5 数据处理程序设计
    5.6 测温程序设计
        5.6.1 DS18B20传感器时序简介
        5.6.2 测温模块设计
    5.7 数据存储程序设计
    5.8 本章小结
第6章 系统测试与误差分析
    6.1 系统调试
    6.2 系统测试
    6.3 误差分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3873119