红外吸收式瓦斯检测系统开发

论文摘要

近年我国经济高速发展,煤炭产量不断增加,在煤炭生产中由瓦斯浓度超标所引起的安全事故时有发生,预防这类事故的有效方法就是能够及时准确地对矿井下的瓦斯浓度进行检测。红外吸收式瓦斯检测系统具有灵敏度高、响应时间短、不易中毒的特点,所以对它的研究具有实际意义。本论文将瓦斯的主要成分(甲烷)做为被检测气体,通过对气体红外选择性吸收的理论分析,确定了甲烷气体的吸收谱线,给出了气体吸收测量的理论依据。采用DSP作为控制芯片,利用其对数据高速的处理性能,在系统中实现了对微弱瓦斯信号的采样,同时设计相应的数字滤波器,从而实现了对甲烷浓度的精确测量。系统的开发主要包括硬件和软件两个方面：在硬件方面选择了系统所需的光源、气室以及探测器,同时设计了合理的光源驱动电路、放大滤波电路、微弱信号调理电路、模数转换电路及DSP控制电路等；在软件中完成了系统初始化、温度采集和测量、信号采样、数字滤波等方面的软件设计。本文最后完成了系统的相关实验,并对实验测出的数据进行误差分析,结果反映出红外吸收式瓦斯检测系统达到了预期目的,具备一定的精度和稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 瓦斯气体检测的常见方法
• 1.2.1 载体催化燃烧型
• 1.2.2 热导型
• 1.2.3 光干涉型
• 1.2.4 气敏半导体型
• 1.2.5 红外吸收型
• 1.3 红外吸收式瓦斯检测系统国内外发展现状
• 1.3.1 红外吸收式瓦斯检测系统国外发展现状
• 1.3.2 红外吸收式瓦斯检测系统国内发展现状
• 1.4 本文的主要研究内容及章节安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 红外吸收检测原理和系统方案设计
• 2.1 概述
• 2.2 红外吸收瓦斯检测原理
• 2.3 红外吸收检测原理的优点
• 2.4 系统方案设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 微弱信号与瓦斯浓度的检测
• 3.1 微弱信号检测
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 微弱信号检测的主要方法
• 3.2 数字信号处理与瓦斯信号检测
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 FIR滤波器设计方法
• 3.3 微弱瓦斯信号检测的原理和方法
• 3.3.1 瓦斯信号检测的设计思路
• 3.3.2 瓦斯信号的检测原理与力法
• 3.4 本章小结
• 第4章 红外吸收式瓦斯检测系统硬件设计
• 4.1 红外吸收式瓦斯检测系统设计
• 4.2 瓦斯检测系统光路系统的设计
• 4.2.1 红外光源的选择
• 4.2.2 气室的选择
• 4.2.3 红外探测器的选择
• 4.3 瓦斯检测系统电路系统的设计
• 4.3.1 DSP的选择
• 4.3.2 系统电源模块设计
• 4.3.3 光源驱动电路
• 4.3.4 信号处理电路设计
• 4.3.5 采样模块设计
• 4.3.6 温度模块
• 4.3.7 键盘电路与液晶显示模块
• 4.3.8 通信模块
• 4.3.9 声光报警电路
• 4.3.10 复位电路
• 4.4 本章小结
• 第5章 红外吸收式瓦斯检测系统软件设计
• 5.1 DSP系统的开发工具
• 5.2 系统整体软件设计
• 5.3 初始化模块
• 5.4 环境温度测量子程序
• 5.5 数字信号处理软件设计
• 5.6 LCD显示模块
• 5.7 键盘子程序
• 5.8 本章小结
• 第6章 实验数据研究与分析
• 6.1 甲烷气体吸收实验
• 6.1.1 零点标定
• 6.1.2 甲烷气体吸收实验
• 6.1.3 重复性实验
• 6.1.4 示值比对实验
• 6.2 光源驱动实验
• 6.3 FIR滤波实验
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）