论文摘要
以矿井下甲烷气体为检测目标,设计出一种基于非分光红外吸收原理的气体检测仪。目前国内用于甲烷探测的设备普遍存在着体积大、成本高以及反应时间慢等问题。基于红外吸收原理的甲烷浓度检测仪,具有响应速度快、不易中毒、防燃防爆等优点,拥有良好的发展前景。气体传感器的设计是本设计的重点和难点。通过分析甲烷气体分子的特征吸收谱线选择3.31μm作为甲烷的特征吸收波长,引入参比波长4.0μm对测量结果进行修正,使精度和稳定性明显提高。选择波长覆盖至4.4μm高稳定性的白炽灯和双通道的热释电探测器作为传感器的红外光源和探测器。传感器的光路设计采用单波长双光路,综合考虑响应时间、灵敏度、稳定性以及信号强度等因素,在实验的基础上来确定光源调制频率以及气室的结构。增加气室温控电路补偿环境温度对检测结果造成的影响。为了放大和提取传感器输出的微弱信号,设计了滤波器、锁相放大器以及软件滤波程序。以单片机PIC16F877为核心的检测系统用以实现数据的采集与处理以及显示与传输,包括A/D转换、报警值的在线修改与存储、数码管显示、声光报警以及二线制传输等功能。大量的实验用以分析影响系统稳定性的主要因素有随机干扰、外界光照以及温度,并找出有效的解决方案。最后进行甲烷气体的检测实验以及不确定度分析。
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