论文摘要
本文利用甲烷气体对红外辐射有选择性吸收且吸收强度是甲烷浓度的函数这一关系,研制了基于红外吸收原理的甲烷浓度检测仪。该检测仪将红外辐射强度转化为电压信号,实现对甲烷浓度的测量,具有响应速度快、动态范围大、防燃防爆、防电磁干扰、不易中毒等优点。通过分析和比较多种气体浓度检测方法,根据检测仪的测量要求和应用环境,选择红外光谱吸收法作为本检测仪的理论方法。比较白炽灯、发光二极管、半导体激光器的各项性能,光源采用德国PerkinElmer公司的白炽灯IRL715,发出的光覆盖从可见光到4.4μm的波段。探测器选用的是双光路热释电探测器PYS 3228 TC G5.2/G20,其内部集成了两个将红外辐射能量转化为电压信号的焦热电元件,在封装外壳开了两个窗口,在两个焦热电元件前分别装配了两个窄带滤光片,中心波长分别为3.39μm和4μm。根据所选光源和探测器的特点,设计了合理的光源调制电路和信号调理电路。采用8位单片机PIC16F877作为检测仪的核心处理器,完成正弦信号峰峰值的采集、浓度计算、声光报警等功能。以单片机为基础,设计了系统电源电路、光源调制电路、基本放大电路、峰值检测电路、驱动显示电路、声光报警电路以及二线制输出电路,通过对单片机编程实现各模块的功能。当甲烷浓度超过预先设定的报警阈值时,则产生声光报警信号。根据实验室现有的条件和仪器设备,对所设计的检测仪进行了实验研究。结合实验数据给出了拟合曲线及误差分析,并进行了简单的标定,结果证明基于红外吸收原理的甲烷浓度检测仪具有一定的精度和良好的稳定性。