瓦斯監(jiān)測(cè)是礦井安全監(jiān)控最重要的組成部分,我國(guó)礦井中使用的瓦斯檢測(cè)技術(shù)主要是傳統(tǒng)的光干涉技術(shù)和熱催化技術(shù),這些技術(shù)受采礦環(huán)境影響頗大,而且精度低、可靠性差,所以本文研究了一種測(cè)量氣體濃度的熱點(diǎn)技術(shù),設(shè)計(jì)實(shí)用的激光遙測(cè)甲烷濃度系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用了大氣成分測(cè)量中頗為成熟的技術(shù):可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS),利用這種激光吸收光譜技術(shù)可以針對(duì)礦井中惡劣多變的環(huán)境可靠精確地測(cè)量出井下瓦斯氣體的濃度。本課題在前人研究的探測(cè)系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)下,引入了一次諧波和二次諧波信號(hào)比值與探測(cè)氣體濃度關(guān)系的研究,針對(duì)以前系統(tǒng)需要?dú)馐摇⒅C波信號(hào)微弱等缺點(diǎn)加以改進(jìn),使系統(tǒng)具有遙測(cè)能力,克服激光光強(qiáng)受背景氣體、粉塵等因素所造成的衰減,能夠利用微弱的探測(cè)諧波信號(hào)算出準(zhǔn)確的氣體濃度。 通過(guò)理論分析,激光的中心波長(zhǎng)設(shè)定為1654nm,把激光頻率鎖定在甲烷氣體的強(qiáng)吸收帶,發(fā)射的激光透射過(guò)被測(cè)氣體區(qū)域,經(jīng)目標(biāo)物體反射至透鏡,然后由系統(tǒng)接收。應(yīng)用一種通過(guò)檢測(cè)反射回來(lái)的光信號(hào)的一次諧波和二次諧波分量就能最終確定甲烷氣體的濃度的方法。系統(tǒng)采用ARM(S3C2440A)作為控制計(jì)算和存儲(chǔ)芯片,針對(duì)理論系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)計(jì)了S3C2440A的...

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀
        1.1.1 研究甲烷氣體的重要意義
        1.1.2 礦井甲烷檢測(cè)技術(shù)研究的重要性
    1.2 激光遙測(cè)甲烷濃度檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 甲烷濃度測(cè)量方法的發(fā)展?fàn)顩r
        1.2.2 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)的應(yīng)用
    1.3 本課題的研究目標(biāo)
    1.4 文章的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)
第二章 激光吸收光譜技術(shù)
    2.1 基本光譜學(xué)原理
        2.1.1 基本光譜學(xué)知識(shí)
        2.1.2 光譜的特征
        2.1.3 Lambert-Beer 定律
        2.1.4 激光吸收光譜的特點(diǎn)
        2.1.5 光譜線的線寬和線型
    2.2 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）
        2.2.1 頻率調(diào)制光譜技術(shù)
        2.2.2 二次諧波測(cè)量原理
        2.2.3 濃度測(cè)量的算法
    2.3 甲烷氣體的吸收譜線
        2.3.1 HITRAN 數(shù)據(jù)庫(kù)
        2.3.2 甲烷氣體的結(jié)構(gòu)及吸收譜線
        2.3.3 其他氣體對(duì)甲烷吸收的影響
    2.4 諧波檢測(cè)技術(shù)
        2.4.1 諧波信號(hào)提取方法的分析
        2.4.2 鎖相放大器
    2.5 本章小結(jié)
第三章 激光遙測(cè)甲烷濃度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    3.1 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)
        3.1.1 系統(tǒng)的原理構(gòu)架
        3.1.2 系統(tǒng)測(cè)量流程
    3.2 激光器模塊的設(shè)計(jì)
        3.2.1 激光二極管的選型
        3.2.2 DFB 激光二極管
    3.3 光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)
        3.3.1 光電探測(cè)器的選型
        3.3.2 信號(hào)放大電路
    3.4 鎖相放大器模塊
    3.5 S3C2440ARM 微處理器
        3.5.1 ARM 架構(gòu)及內(nèi)核
        3.5.2 S3C2440ARM 性能介紹
    3.6 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)
        3.6.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口
        3.6.2 S3C2440A 的A/D 轉(zhuǎn)換器
        3.6.3 A/D 接口編程
    3.7 最小系統(tǒng)的硬件配置
        3.7.1 系統(tǒng)整體配置
        3.7.2 電源模塊設(shè)計(jì)
        3.7.3 復(fù)位模塊設(shè)計(jì)
        3.7.4 NAND Flash 的擴(kuò)展
        3.7.5 JTAG 接口設(shè)計(jì)
        3.7.6 串行接口設(shè)計(jì)
        3.7.7 晶振時(shí)鐘的設(shè)計(jì)
        3.7.8 LCD 模塊設(shè)計(jì)
        3.7.9 USB 接口設(shè)計(jì)
    3.8 本章小結(jié)
第四章 Linux 操作系統(tǒng)的移植
    4.1 嵌入式操作系統(tǒng)
        4.1.1 操作系統(tǒng)的概念和分類
        4.1.2 Linux 操作系統(tǒng)概述
    4.2 嵌入式Linux 軟件設(shè)計(jì)
        4.2.1 軟件開發(fā)流程
        4.2.2 Bootloader 引導(dǎo)程序
        4.2.3 Linux 的移植
        4.2.4 Linux 內(nèi)核的修改及編譯
        4.2.5 文件系統(tǒng)及Linux 的下載
    4.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
    4.4 本章小結(jié)
第五章 激光遙測(cè)甲烷濃度系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    5.1 測(cè)量系統(tǒng)軟件流程
    5.2 數(shù)據(jù)處理的模式
    5.3 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果
    5.4 測(cè)量影響因素分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 課題總結(jié)
    6.2 課題展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明
致謝



本文編號(hào)：3739134