采棉机火灾预警检测装置的设计与试验研究

发布时间：2017-09-22 13:52

  本文关键词：采棉机火灾预警检测装置的设计与试验研究

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【摘要】：因为资源和政策的优势,新疆现在成为了国家的重要生产基地,连续二十多年新疆在棉花种植面积、总产量、单产、调出量位列全国第一。目前,新疆棉花产业正经历着政策、市场与结构调整的重大变革,随着新疆棉花目标价格补贴试点的启动,以及“一带一路”战略的逐步推进,新疆将可能形成棉产业物流、资金流、技术流等向中亚、南亚、中东乃至欧洲辐射的大格局。伴随着新疆棉花产业的发展,采棉机的使用也越来越普及。但是由于新疆气候干燥,新疆棉花种植“矮”、“密”、“早”等原因,导致采棉机采棉时容易起火,发生火灾事故,给棉花生产造成安全隐患,给棉农带来经济财产损失。设计一套可以对采棉机起火早期进行预警检测的装置很有必要。国内外对采棉机火灾的研究都较少,伴随着“智能农机”的发展对农机安全性、可靠性提出了要求,传感器与农机的结合将成为保证智能农机的一项重要研究内容。因此,在减少棉农损失的同时,采棉机火灾预警检测装置的研究也将为采棉机火灾检测进一步研究提供理论和技术参考。本研究是以解决采棉机火灾检测为目标,采用方案设计、试验研究、理论分析相结合的方法,对采棉机火灾预警检测装置的检测报警功能和相关参数的设计进行分析和设计,研究内容如下:(1)棉花燃烧红外性质的理论与试验分析。对棉花的燃烧产物进行红外光谱特性的理论分析,并进行试验验证。通过对试验数据分析,总结棉花燃烧的红外光谱特征,选取能量较强、较易检测的2.5~12μm燃烧红外光谱波段作为火灾检测的目标范围。(2)关键指标的确定。根据棉花燃烧红外特征理论与试验结果和采棉机的输棉原理确定检测火灾需要用的探测器为热释电红外探测器,检测时间要小于0.3 s,并对探测器进行测试,确定报警阈值为0.95 V。(3)火灾检测装置关键硬件和软件设计。根据棉花燃烧红外特征理论与试验结果,结合经济实用以及检测准确、快速的原则,合理规划方案,选取采棉机火灾预警检测装置数据处理芯片等关键硬件,并设计其软件程序,实现火灾检测装置设计的各项指标要求。(4)台架试验分析与安装方案确定。设计完火灾检测装置的硬件部分与软件部分之后,搭建火灾检测装置测试试验台,进行火灾检测装置报警率与误报率的试验研究,同时对环境参数以及火灾检测装置安装位置对检测装置性能的影响进行分析,检验火灾检测装置性能是否达到要求,并为火灾检测系统在采棉机上的安装方案提供参考依据。试验结果表明安装个数是火灾检测系统准确率的最主要影响因素,在输棉管道上下面上安装两个检测装置可以实现95%的检测准确率。
【关键词】：棉花 采棉机 试验 火灾检测 红外
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S225.911
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景和意义9-11
• 1.1.1 课题研究的背景9-10
• 1.1.2 课题研究的意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 研究内容与技术路线13-14
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究技术路线14
• 1.4 研究目标14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 棉花燃烧红外光谱分析与试验16-23
• 2.1 红外线与热辐射16-18
• 2.1.1 黑体辐射规律16-18
• 2.1.2 红外吸收性质18
• 2.1.3 大气吸收原理18
• 2.2 棉花成分分析18-19
• 2.3 棉花燃烧光谱试验19-22
• 2.3.1 试验仪器19
• 2.3.2 试验原理介绍19
• 2.3.3 试验材料19-20
• 2.3.4 试验指标20
• 2.3.5 试验方法20
• 2.3.6 试验结果20-22
• 2.4 试验结论22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 检测装置的总体设计与技术指标研究23-34
• 3.1 检测装置的系统设计23-24
• 3.1.1 装置的设计原则23
• 3.1.2 采棉机火灾预警检测装置结构设计23-24
• 3.1.3 装置的主要功能24
• 3.1.4 技术要求24
• 3.2 传感器选取24-26
• 3.3 探测器技术指标的研究26-27
• 3.3.1 棉花通过输棉通道的时间26
• 3.3.2 实际检测时间与探测器响应时间的比较26-27
• 3.4 不同检测区域对探测性能的影响27-30
• 3.4.1 检测区域对探测性能影响的理论推导28-30
• 3.4.2 最优检测时间的计算30
• 3.5 报警阈值的确定30-33
• 3.5.1 报警信号的算法设计30-31
• 3.5.2 报警值检测试验31-33
• 3.5.3 报警阈值的确定33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 检测装置软硬件设计34-45
• 4.1 检测判断电路的设计34-39
• 4.1.1 电源电路的设计35-36
• 4.1.2 数据处理部分36
• 4.1.3 模数转换程序设计36-37
• 4.1.4 检测判断电路的编码设计37-39
• 4.2 报警显示电路的设计39-41
• 4.2.1 显示电路的设计39-41
• 4.2.2 声光报警电路的设计41
• 4.3 总线通信设计41-44
• 4.3.1 总线类型41-42
• 4.3.2 总线选取42
• 4.3.3 程序设计42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 检测装置的试验研究45-56
• 5.1 试验目的45
• 5.2 试验台搭建45-47
• 5.2.1 风机的选取45-46
• 5.2.2 电机的选取46
• 5.2.3 输棉管道46
• 5.2.4 变频器46-47
• 5.3 试验材料与方法47-48
• 5.3.1 试验材料47
• 5.3.2 试验仪器47-48
• 5.4 试验设计48-54
• 5.4.1 试验指标的确定48
• 5.4.2 因素与水平的选择48-51
• 5.4.3 选择合适的正交表51-54
• 5.5 试验结论54-55
• 5.6 本章小结55-56
• 第六章 结论与展望56-58
• 6.1 结论56-57
• 6.2 展望57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-63
• 作者简介63-64
• 附件64

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本文编号：901199