非分光红外甲烷气体远程检测系统的设计
发布时间：2021-03-03 18:18
当今全球正迎来以低碳化、无碳化为特征的新一轮能源转型,天然气作为一种重要的清洁能源,正成为推动全球能源转型的重要力量。天然气主要成分为甲烷,甲烷作为一种可燃性气体,当含量超过5%时可与空气形成爆炸性混合物,因此在天然气开采、运输和发电过程中对甲烷气体浓度进行检测至关重要。本文基于目前国内对气体浓度传感器的研究基础,利用非分光红外光谱差分吸收检测技术,提出设计一种高精度、低成本以及能够实现远程传输功能的CH4气体浓度检测器,具体研究如下:1.在光路系统设计中,利用LightTools光学软件完成对直射式吸收气室及船型反射式吸收气室光线追迹图、照度光栅分布图及散射体表图的仿真分析,选定合理的气室结构来提高系统的稳定性。2.在硬件电路设计中,利用微处理器对红外光源进行调制使得探测器接收到不断变化的光信号,信号调理模块将探测器输出的微小电信号从噪声中提取出来进行滤波放大,调整至模数转换模块能够采集到的输入电压范围,微处理器将依据拟合出的函数关系对离散的电压信号进行浓度计算,并通过远程通信模块将气体浓度数据传输至上位机。3.由于检测环境温度的改变很大程度上会使检测数据大幅度...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CH4在众多领域中的应用(a)应用于燃气发电(b)应用于厨房燃料
第一章 绪论对市面上主流的 CH4气体浓度检测技术进行分析。催化燃烧式气体检测技术是当前被广泛使用于检测可燃气体技术的一种，其不论于有机还是无机可燃性气体均有良好的反应。如图 1.2 所示，该种检测技术利用的化燃烧的热效应原理，在一定温度条件下通过催化空气中的氧气和甲烷发生无焰，使得探测器表面受热，其内部电阻值也随之升高，从而造成传感器内部的探测器衡器形成的平衡电桥失衡，通过惠斯通电桥可定量测量出阻值的变化得出当前甲烷的浓度[5]。催化燃烧式气体检测技术适应范围极广，且用该技术制作的传感器成本低端天气下耐受度强，但因其是燃烧探头来检测待测气体浓度的，所以短时间内需频准，且当接触到燃烧产生的硫化物及卤素化合物易导致元件中毒，使得元件寿命较短以在特定场合不可用其检测 CH4气体浓度。
图 1.3 氢火焰离子化检测技术原理图导体式气敏检测技术是市面上最常见的气体检测技术之一，被广泛用于检是否有可燃气体泄漏现象。该技术与催化燃烧式气体检测技术类似，如导体气敏检测技术主要是依据金属氧化物半导体材料表面的氧化还原反应件发生变化进行工作的，半导体器件加热到稳定状态后，CH4气体被吸附，被吸附的气体分子一部分蒸发掉了，另一部分留在半导体表面夺走其表半导体表面电导率发生变化，由此可计算出 CH4气体的浓度[7]。与催化燃样，半导体传感器也易受到污染及中毒，并且其稳定性和一致性较差，不量准确度要求高的场所。
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外甲烷气体传感器检测方法研究[J]. 申剑光. 计量与测试技术. 2018(07)
[2]便携式非分光红外SF6气体检测方法研究[J]. 沈婉,常建华,赵勇毅,赵正杰,裴昱. 应用光学. 2018(04)
[3]基于灰狼算法的BP神经网络图像恢复算法[J]. 杨书杰,叶霞,李俊山. 微电子学与计算机. 2018(03)
[4]灰狼算法在风电水电协同运行中的应用[J]. 李星,杨秀媛,王丽婕. 发电技术. 2018(01)
[5]基于改进灰狼算法的RBF神经网络研究[J]. 郭振洲,刘然,拱长青,赵亮. 微电子学与计算机. 2017(07)
[6]二进制灰狼优化算法的研究与分析[J]. 陈昌帅. 信息系统工程. 2016(07)
[7]新型灰狼优化算法在函数优化中的应用[J]. 罗佳,唐斌. 兰州理工大学学报. 2016(03)
[8]基于红外技术的气体浓度检测方法研究[J]. 刘永平,王霞,李帅帅,胡玲. 光子学报. 2015(01)
[9]基于传递函数自我优化的BP网络算法改进[J]. 曲朝阳,计超,郭晓利,张贺. 电测与仪表. 2014(11)
[10]袖珍式红外瓦斯检测仪的设计与实验[J]. 于鑫,高宗丽,宋楠,刘洋,郑传涛,王一丁. 光子学报. 2014(01)
硕士论文
[1]基于灰狼算法优化最小二乘支持向量机的调制信号识别研究[D]. 顾凯冬.南京邮电大学 2018
[2]基于灰狼算法的Web优化应用研究[D]. 牛家彬.黑龙江大学 2018
[3]基于灰狼算法的改进及应用研究[D]. 刘然.沈阳航空航天大学 2018
[4]基于非分光红外技术SF6传感器的设计与实现[D]. 徐曦.南京信息工程大学 2017
[5]基于纳米双层薄膜的光子晶体光纤长周期光栅甲烷传感特性研究[D]. 车鑫.重庆大学 2017
[6]灰狼优化算法及其应用[D]. 张森.广西民族大学 2017
[7]红外CO2气体探测器模块的设计及测试[D]. 闫守龙.华中科技大学 2013
[8]BP神经网络的研究分析及改进应用[D]. 李友坤.安徽理工大学 2012
[9]一种带有保护电路的直流稳压电源的设计[D]. 田智文.西安电子科技大学 2011
[10]吸收式光纤气体传感器的气室结构及光损耗分析[D]. 刘宇蕾.燕山大学 2009
本文编号：3061713
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CH4在众多领域中的应用(a)应用于燃气发电(b)应用于厨房燃料
第一章 绪论对市面上主流的 CH4气体浓度检测技术进行分析。催化燃烧式气体检测技术是当前被广泛使用于检测可燃气体技术的一种，其不论于有机还是无机可燃性气体均有良好的反应。如图 1.2 所示，该种检测技术利用的化燃烧的热效应原理，在一定温度条件下通过催化空气中的氧气和甲烷发生无焰，使得探测器表面受热，其内部电阻值也随之升高，从而造成传感器内部的探测器衡器形成的平衡电桥失衡，通过惠斯通电桥可定量测量出阻值的变化得出当前甲烷的浓度[5]。催化燃烧式气体检测技术适应范围极广，且用该技术制作的传感器成本低端天气下耐受度强，但因其是燃烧探头来检测待测气体浓度的，所以短时间内需频准，且当接触到燃烧产生的硫化物及卤素化合物易导致元件中毒，使得元件寿命较短以在特定场合不可用其检测 CH4气体浓度。
图 1.3 氢火焰离子化检测技术原理图导体式气敏检测技术是市面上最常见的气体检测技术之一，被广泛用于检是否有可燃气体泄漏现象。该技术与催化燃烧式气体检测技术类似，如导体气敏检测技术主要是依据金属氧化物半导体材料表面的氧化还原反应件发生变化进行工作的，半导体器件加热到稳定状态后，CH4气体被吸附，被吸附的气体分子一部分蒸发掉了，另一部分留在半导体表面夺走其表半导体表面电导率发生变化，由此可计算出 CH4气体的浓度[7]。与催化燃样，半导体传感器也易受到污染及中毒，并且其稳定性和一致性较差，不量准确度要求高的场所。
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外甲烷气体传感器检测方法研究[J]. 申剑光. 计量与测试技术. 2018(07)
[2]便携式非分光红外SF6气体检测方法研究[J]. 沈婉,常建华,赵勇毅,赵正杰,裴昱. 应用光学. 2018(04)
[3]基于灰狼算法的BP神经网络图像恢复算法[J]. 杨书杰,叶霞,李俊山. 微电子学与计算机. 2018(03)
[4]灰狼算法在风电水电协同运行中的应用[J]. 李星,杨秀媛,王丽婕. 发电技术. 2018(01)
[5]基于改进灰狼算法的RBF神经网络研究[J]. 郭振洲,刘然,拱长青,赵亮. 微电子学与计算机. 2017(07)
[6]二进制灰狼优化算法的研究与分析[J]. 陈昌帅. 信息系统工程. 2016(07)
[7]新型灰狼优化算法在函数优化中的应用[J]. 罗佳,唐斌. 兰州理工大学学报. 2016(03)
[8]基于红外技术的气体浓度检测方法研究[J]. 刘永平,王霞,李帅帅,胡玲. 光子学报. 2015(01)
[9]基于传递函数自我优化的BP网络算法改进[J]. 曲朝阳,计超,郭晓利,张贺. 电测与仪表. 2014(11)
[10]袖珍式红外瓦斯检测仪的设计与实验[J]. 于鑫,高宗丽,宋楠,刘洋,郑传涛,王一丁. 光子学报. 2014(01)
硕士论文
[1]基于灰狼算法优化最小二乘支持向量机的调制信号识别研究[D]. 顾凯冬.南京邮电大学 2018
[2]基于灰狼算法的Web优化应用研究[D]. 牛家彬.黑龙江大学 2018
[3]基于灰狼算法的改进及应用研究[D]. 刘然.沈阳航空航天大学 2018
[4]基于非分光红外技术SF6传感器的设计与实现[D]. 徐曦.南京信息工程大学 2017
[5]基于纳米双层薄膜的光子晶体光纤长周期光栅甲烷传感特性研究[D]. 车鑫.重庆大学 2017
[6]灰狼优化算法及其应用[D]. 张森.广西民族大学 2017
[7]红外CO2气体探测器模块的设计及测试[D]. 闫守龙.华中科技大学 2013
[8]BP神经网络的研究分析及改进应用[D]. 李友坤.安徽理工大学 2012
[9]一种带有保护电路的直流稳压电源的设计[D]. 田智文.西安电子科技大学 2011
[10]吸收式光纤气体传感器的气室结构及光损耗分析[D]. 刘宇蕾.燕山大学 2009
本文编号：3061713
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