隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,能源的需求量日漸增長(zhǎng),煤炭在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中有著無(wú)法撼動(dòng)的地位。瓦斯是煤礦開(kāi)采中各種有害氣體的總稱,其最主要的成分是CH₄與CO₂,瓦斯?jié)舛冗^(guò)大易造成爆炸或人員窒息,為保證煤礦開(kāi)采時(shí)工作人員的安全,對(duì)兩種氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)至關(guān)重要。本文基于非分光紅外技術(shù)（NDIR）開(kāi)發(fā)了一款高精度、低成本、小型化的雙組分氣體傳感系統(tǒng),具體研究如下:在光學(xué)氣室的設(shè)計(jì)中,利用Solid Works完成了包括直射式、反射式、雙橢球式三種不同氣室結(jié)構(gòu)的3D建模,并利用光學(xué)軟件Light Tools對(duì)其內(nèi)腔中光路的傳輸進(jìn)行了光學(xué)仿真與對(duì)比分析,進(jìn)行了參數(shù)的確定,在繪制氣室3D模型圖的基礎(chǔ)上采用3D打印技術(shù)制得氣室模型。在硬件電路設(shè)計(jì)中,完成了供電電路、電壓調(diào)理電路以及光源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。通過(guò)結(jié)合外接電壓與單片機(jī)定時(shí)器輸出的方波脈沖,實(shí)現(xiàn)了光源的調(diào)制;紅外探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波處理達(dá)到可被微處理器識(shí)別的閾值;微處理器通過(guò)擬合函數(shù)可將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為濃度信息,并傳輸至上位機(jī)系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)部分,使用Qt平臺(tái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與微處理器的信息交互。結(jié)... 

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 常見(jiàn)氣體檢測(cè)技術(shù)
    1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第二章 非分光紅外探測(cè)技術(shù)的基本原理
    2.1 紅外光譜吸收法
        2.1.1 紅外光譜吸收原理
        2.1.2 CH_4與CO_2氣體分子的特征光譜
    2.2 朗伯-比爾定律
    2.3 非分光紅外檢測(cè)技術(shù)
    2.4 紅外差分檢測(cè)模型
    2.5 本章小結(jié)
第三章 傳感器氣室設(shè)計(jì)與光路仿真
    3.1 雙組分氣體傳感器基本光路結(jié)構(gòu)
        3.1.1 雙光束四通道
        3.1.2 單光束三通道
        3.1.3 單光束四通道
    3.2 雙組分氣體傳感器氣室內(nèi)腔設(shè)計(jì)
        3.2.1 直射式氣室結(jié)構(gòu)
        3.2.2 反射式氣室結(jié)構(gòu)
        3.2.3 雙橢球氣室結(jié)構(gòu)
    3.3 氣室光路仿真
        3.3.1 氣室3D模型圖繪制
        3.3.2 光路仿真分析
    3.4 氣室的制作
    3.5 氣室改進(jìn)方案
    3.6 本章小結(jié)
第四章 傳感器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    4.2 關(guān)鍵器件選型
        4.2.1 紅外光源
        4.2.2 探測(cè)器及濾光片
    4.3 傳感器硬件設(shè)計(jì)
        4.3.1 電路設(shè)計(jì)
        4.3.2 控制部分
        4.3.3 PCB電路板設(shè)計(jì)
    4.4 傳感器上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.4.1 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架Qt
        4.4.2 數(shù)據(jù)采集界面
    4.5 本章小結(jié)
第五章 雙組分氣體傳感器系統(tǒng)標(biāo)定與性能測(cè)試
    5.1 測(cè)試平臺(tái)
    5.2 雙組分標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 甲烷氣體的標(biāo)定
        5.2.2 二氧化碳?xì)怏w的標(biāo)定
    5.3 傳感器性能測(cè)試
        5.3.1 精度測(cè)試
        5.3.2 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 穩(wěn)定性測(cè)試
    5.4 誤差分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]礦井內(nèi)CH4與CO2雙組分NDIR傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 趙勇毅,常建華,沈婉,趙正杰,房久龍.  紅外技術(shù). 2019(08)
[2]光干涉式甲烷測(cè)定器和催化燃燒式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀的應(yīng)用分析[J]. 王翠紅.  中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化. 2019(04)
[3]SolidWorks軟件在機(jī)械工程中的應(yīng)用[J]. 李剛.  機(jī)械管理開(kāi)發(fā). 2018(08)
[4]紅外甲烷氣體傳感器檢測(cè)方法研究[J]. 申劍光.  計(jì)量與測(cè)試技術(shù). 2018(07)
[5]機(jī)動(dòng)車尾氣NDIR傳感器性能仿真分析[J]. 陳晨,張玉鈞,何瑩,尤坤,高彥偉.  紅外技術(shù). 2017(06)
[6]陶瓷微板熱隔離半導(dǎo)體氣體傳感器陣列設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 趙文杰,王欣,王暄,施云波,周真.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2016(07)
[7]3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)[J]. 張學(xué)軍,唐思熠,肇恒躍,郭紹慶,李能,孫兵兵,陳冰清.  材料工程. 2016(02)
[8]NDIR甲烷傳感器電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 李鑫,梁娜.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2015(12)
[9]多氣體紅外光學(xué)傳感器的研究[J]. 楊明亮,譚秋林,熊繼軍,羅濤.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2014(16)
[10]袖珍式紅外瓦斯檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J]. 于鑫,高宗麗,宋楠,劉洋,鄭傳濤,王一丁.  光子學(xué)報(bào). 2014(01)

碩士論文
[1]基于NDIR原理的CO2濃度傳感器的制備與研究[D]. 袁博.電子科技大學(xué) 2019
[2]基于不分光紅外法甲烷氣體傳感器的研究[D]. 郭晶晶.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 2017
[3]基于NDIR技術(shù)的礦用瓦斯?jié)舛葯z測(cè)報(bào)警裝置[D]. 原亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]TDLAS氣體檢測(cè)儀器的研制及算法研究[D]. 郭媛.天津大學(xué) 2014
[5]差分光學(xué)吸收在線測(cè)量有害氣體研究[D]. 徐理明.電子科技大學(xué) 2010
[6]基于電化學(xué)傳感器的多組分氣體濃度檢測(cè)儀[D]. 王秋花.西安理工大學(xué) 2010
[7]近紅外光譜在線分析氣體污染物的方法研究[D]. 孫毅.天津大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3692385