红外技术在智能化甲烷传感器中的应用研究

论文摘要

甲烷泄露直接影响着人民的生命安全,本文研究一种基于红外技术的智能化甲烷传感器,主要针对煤矿井下甲烷检测而设计。论文首先介绍了气体吸收光谱原理和红外吸收检测技术,重点放在了光学系统设计:光学部分采用电调制技术,单光路双波长的差分检测;电气部分设计了信号直流放大、滤波电路,简单可靠,成本低,使系统具有较高的信噪比和灵敏度,CPU采用PIC单片机来完成多路数据的采集,处理,判断,数据的显示和报警等一系列功能,并给出了甲烷浓度值的标定和计算方法。实验结果表明,由红外吸收甲烷传感器测量的浓度值与实际值之间的误差达到了煤矿安全验证的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 红外气体传感器的现状及发展趋势
• 1.3 论文主要内容
• 2 气体吸收光谱原理
• 2.1 气体分子能级结构与吸收光谱
• 2.1.1 气体分子能级结构
• 2.1.2 气体分子吸收光谱
• 2.2 CH4气体分子的吸收谱线与强度分布
• 2.2.1 CH4气体分子结构
• 2.2.2 CH4气体分子的吸收谱线
• 2.2.3 CH4气体分子的吸收谱线强度比较
• 2.3 气体分子的吸收强度与线宽
• 2.3.1 气体吸收规律
• 2.3.2 气体分子吸收谱线的强度
• 2.3.3 气体分子吸收谱线的带宽
• 3 红外吸收性CH4气体检测
• 3.1 引言
• 3.2 差分吸收检测技术
• 3.2.1 单波长双光路法
• 3.2.2 双波长单光路法
• 3.3 光谱吸收的增强技术
• 3.3.1 Ring-down腔光程增强方法
• 3.3.2 P- F腔调频增强方法
• 3.4 微弱信号的检测
• 3.4.1 窄带滤波法
• 3.4.2 同步累积法
• 3.4.3 锁定接收法
• 3.4.4 取样积分法
• 4 光学系统设计
• 4.1 光路设计
• 4.2 红外辐射光源
• 4.3 探测器
• 4.4 红外滤光片
• 5 系统的硬件电路设计及软件开发
• 5.1 光源电路设计及温度补偿
• 5.1.1 光源的调制及驱动电路
• 5.1.2 温度补偿技术
• 5.2 信号处理电路设计
• 5.2.1 滤波放大电路设计
• 5.2.2 A/D转换电路设计
• 5.3 微处理单元电路
• 5.4 数码显示及声光报警电路设计
• 5.5 计算机通信接口设计
• 5.6 无线传输模块设计
• 6 甲烷传感器的调整与实验
• 6.1 试验准备与调整
• 6.1.1 气体配置
• 6.1.2 光路调整
• 6.2 甲烷气体吸收实验
• 6.2.1 试验系统的标定
• 6.2.2 精度分析
• 6.2.3 稳定性分析
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果
• 附录A 滤波放大电路