用于近海底二氧化碳检测的数据采集与通信系统的研制
发布时间：2022-12-06 03:58
作为一种新型的清洁能源,天然气水合物得到了国内外的广泛关注,为了加快对能源战略的布局,我国在上世纪末正式启动了天然气水合物的资源勘查。随着我国对南海天然气水合物的成功试开采,当前天然气水合物的勘查发展到了一个新的阶段。针对现有的仪器普遍存在效率低、精度差的缺点,围绕我国对天然气水合物精细勘查的迫切需求,基于红外吸收光谱原理,利用可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）并结合波长调制光谱技术（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）,研发了一种海水溶解气原位检测传感器,本论文针对该海水溶解气原位检测传感器,研制了一套用于近海底二氧化碳（CO2）检测的数据采集与通信系统。通过比较国内外在海水原位探测技术的研究现状,指出了发展拥有自主产权的核心技术和装置是当务之急。本论文首先给出了传感器的整体结构,然后设计了数据采集与通信系统的硬件电路,包括最小系统电路、数据采集电路和通信电路,绘制了印刷电路板（Printed Circuit Board,PC...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文的主要研究内容和创新点
1.3.1 论文的主要研究内容
1.3.2 论文的创新点
1.4 本章小结
第二章 系统的设计原理
2.1 红外吸收光谱原理
2.2 TDLAS-WMS技术原理
2.3 CO_2吸收谱线的选择
2.4 光学元件的选择
2.4.1 光源
2.4.2 探测器
2.5 传感器的结构设计
2.6 本章小结
第三章 系统的硬件电路设计
3.1 硬件电路的总体结构
3.2 最小系统电路设计
3.2.1 主控芯片
3.2.2 电源电路
3.2.3 时钟电路
3.2.4 复位电路
3.2.5 JTAG接口电路
3.3 数据采集电路的设计
3.3.1 多路复用电路
3.3.2 差分运算放大电路
3.3.3 A/D转换电路
3.4 通信电路的设计
3.4.1 双机通信电路
3.4.2 RS485 通信电路
3.5 PCB的设计及实物图
3.6 本章小结
第四章 系统的软件设计
4.1 软件开发环境介绍
4.2 软件开发平台的搭建
4.3 系统的软件设计结构
4.4 各模块程序设计
4.4.1 初始化程序
4.4.2 A/D采集程序
4.4.3 中断程序
4.4.4 通信程序
4.5 通信协议设计
4.6 上位机监控平台的设计
4.7 本章小结
第五章 实验及结果分析
5.1 系统的性能测试
5.1.1 二次谐波信号的采集
5.1.2 动态和静态的气体压力检测
5.2 CO_2气体的浓度标定实验
5.2.1 ~(12)CO_2气体的浓度标定
5.2.2 ~(13)CO_2气体的浓度标定
5.3 传感器集成与海上试验
5.3.1 传感器集成
5.3.2 海上试验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]气体传感器发展现状与展望[J]. 冯帅博,胡博,李博,李垚博. 化工管理. 2020(02)
[2]自然界天然气水合物勘探开发概述[J]. 关进安,樊栓狮,梁德青,万丽华,李栋梁. 新能源进展. 2019(06)
[3]基于Altium Designer印制电路板的设计与实现[J]. 郭锐,孙宏伟. 中国新通信. 2019(09)
[4]应用于早期火灾探测的CO传感器[J]. 党敬民,于海业,宋芳,王一丁,孙裕晶. 光学精密工程. 2018(08)
[5]基于TDLAS和ICL的紧凑中红外痕量气体探测系统[J]. 李春光,董磊,王一丁,林君. 光学精密工程. 2018(08)
[6]中红外量子级联激光气体检测系统[J]. 蔺百杨,党敬民,郑传涛,张宇,王一丁. 光子学报. 2018(04)
[7]南海神狐海域天然气水合物试采成功后的思考[J]. 吴时国,王吉亮. 科学通报. 2018(01)
[8]海洋底水原位探测技术与中国南海天然气水合物勘探[J]. 孙春岩,赵浩,贺会策,张志冰,竺玮煌,孙逊,尹文斌,凌帆. 地学前缘. 2017(06)
[9]孔隙介质中二氧化碳水合物生成过程实验研究[J]. 张学民,李金平,吴青柏,王春龙,南军虎. 应用基础与工程科学学报. 2016(01)
[10]深海原位溶解甲烷传感器（METS）的原理及应用研究[J]. 申正伟,孙春岩,贺会策,赵靖文. 海洋技术学报. 2015(05)
博士论文
[1]基于离轴积分腔光谱水中溶解气体原位测量技术研究[D]. 王静静.中国科学技术大学 2019
[2]红外激光气体分析仪的关键问题研究[D]. 董明.吉林大学 2019
[3]高性能分离膜的设计及性能研究[D]. 张慎祥.中国科学技术大学 2018
[4]基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究[D]. 何启欣.吉林大学 2018
[5]痕量气体的高灵敏红外光谱检测技术[D]. 周胜.中国科学院光电技术研究所 2017
[6]近红外光谱吸收式气体检测系统的研究[D]. 李彬.吉林大学 2016
[7]深海环境及深海沉积物拉曼光谱原位定量探测技术研究[D]. 张鑫.中国海洋大学 2009
[8]天然气水合物孔底冷冻取样方法的室内试验及传热数值模拟研究[D]. 郭威.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于TDLAS技术的气体检测技术[D]. 颜松岸.华北电力大学(北京) 2019
[2]用于红外激光气体检测的数字正交锁相放大器的研制[D]. 刘慧芳.吉林大学 2017
[3]沉积岩天然气水合物生成/分解过程特征研究[D]. 熊枫.西南石油大学 2017
[4]海洋环境溶存气体气液分离关键技术研究[D]. 孙凤超.中国海洋大学 2014
[5]海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统的研发与应用[D]. 张志冰.中国地质大学(北京) 2013
[6]膜进样—微型飞行时间质谱（TOF-MS）在线检测水中MTBE的研究[D]. 李芳龙.浙江理工大学 2013
[7]深海海底边界层原位监测中控制系统的设计与实现[D]. 李康.中国海洋大学 2012
[8]基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的O2和CO气体测量[D]. 张春晓.浙江大学 2010
本文编号：3711014
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文的主要研究内容和创新点
1.3.1 论文的主要研究内容
1.3.2 论文的创新点
1.4 本章小结
第二章 系统的设计原理
2.1 红外吸收光谱原理
2.2 TDLAS-WMS技术原理
2.3 CO_2吸收谱线的选择
2.4 光学元件的选择
2.4.1 光源
2.4.2 探测器
2.5 传感器的结构设计
2.6 本章小结
第三章 系统的硬件电路设计
3.1 硬件电路的总体结构
3.2 最小系统电路设计
3.2.1 主控芯片
3.2.2 电源电路
3.2.3 时钟电路
3.2.4 复位电路
3.2.5 JTAG接口电路
3.3 数据采集电路的设计
3.3.1 多路复用电路
3.3.2 差分运算放大电路
3.3.3 A/D转换电路
3.4 通信电路的设计
3.4.1 双机通信电路
3.4.2 RS485 通信电路
3.5 PCB的设计及实物图
3.6 本章小结
第四章 系统的软件设计
4.1 软件开发环境介绍
4.2 软件开发平台的搭建
4.3 系统的软件设计结构
4.4 各模块程序设计
4.4.1 初始化程序
4.4.2 A/D采集程序
4.4.3 中断程序
4.4.4 通信程序
4.5 通信协议设计
4.6 上位机监控平台的设计
4.7 本章小结
第五章 实验及结果分析
5.1 系统的性能测试
5.1.1 二次谐波信号的采集
5.1.2 动态和静态的气体压力检测
5.2 CO_2气体的浓度标定实验
5.2.1 ~(12)CO_2气体的浓度标定
5.2.2 ~(13)CO_2气体的浓度标定
5.3 传感器集成与海上试验
5.3.1 传感器集成
5.3.2 海上试验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]气体传感器发展现状与展望[J]. 冯帅博,胡博,李博,李垚博. 化工管理. 2020(02)
[2]自然界天然气水合物勘探开发概述[J]. 关进安,樊栓狮,梁德青,万丽华,李栋梁. 新能源进展. 2019(06)
[3]基于Altium Designer印制电路板的设计与实现[J]. 郭锐,孙宏伟. 中国新通信. 2019(09)
[4]应用于早期火灾探测的CO传感器[J]. 党敬民,于海业,宋芳,王一丁,孙裕晶. 光学精密工程. 2018(08)
[5]基于TDLAS和ICL的紧凑中红外痕量气体探测系统[J]. 李春光,董磊,王一丁,林君. 光学精密工程. 2018(08)
[6]中红外量子级联激光气体检测系统[J]. 蔺百杨,党敬民,郑传涛,张宇,王一丁. 光子学报. 2018(04)
[7]南海神狐海域天然气水合物试采成功后的思考[J]. 吴时国,王吉亮. 科学通报. 2018(01)
[8]海洋底水原位探测技术与中国南海天然气水合物勘探[J]. 孙春岩,赵浩,贺会策,张志冰,竺玮煌,孙逊,尹文斌,凌帆. 地学前缘. 2017(06)
[9]孔隙介质中二氧化碳水合物生成过程实验研究[J]. 张学民,李金平,吴青柏,王春龙,南军虎. 应用基础与工程科学学报. 2016(01)
[10]深海原位溶解甲烷传感器（METS）的原理及应用研究[J]. 申正伟,孙春岩,贺会策,赵靖文. 海洋技术学报. 2015(05)
博士论文
[1]基于离轴积分腔光谱水中溶解气体原位测量技术研究[D]. 王静静.中国科学技术大学 2019
[2]红外激光气体分析仪的关键问题研究[D]. 董明.吉林大学 2019
[3]高性能分离膜的设计及性能研究[D]. 张慎祥.中国科学技术大学 2018
[4]基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究[D]. 何启欣.吉林大学 2018
[5]痕量气体的高灵敏红外光谱检测技术[D]. 周胜.中国科学院光电技术研究所 2017
[6]近红外光谱吸收式气体检测系统的研究[D]. 李彬.吉林大学 2016
[7]深海环境及深海沉积物拉曼光谱原位定量探测技术研究[D]. 张鑫.中国海洋大学 2009
[8]天然气水合物孔底冷冻取样方法的室内试验及传热数值模拟研究[D]. 郭威.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于TDLAS技术的气体检测技术[D]. 颜松岸.华北电力大学(北京) 2019
[2]用于红外激光气体检测的数字正交锁相放大器的研制[D]. 刘慧芳.吉林大学 2017
[3]沉积岩天然气水合物生成/分解过程特征研究[D]. 熊枫.西南石油大学 2017
[4]海洋环境溶存气体气液分离关键技术研究[D]. 孙凤超.中国海洋大学 2014
[5]海水中甲烷浓度原位地球化学探测系统的研发与应用[D]. 张志冰.中国地质大学(北京) 2013
[6]膜进样—微型飞行时间质谱（TOF-MS）在线检测水中MTBE的研究[D]. 李芳龙.浙江理工大学 2013
[7]深海海底边界层原位监测中控制系统的设计与实现[D]. 李康.中国海洋大学 2012
[8]基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的O2和CO气体测量[D]. 张春晓.浙江大学 2010
本文编号：3711014
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3711014.html
