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时间:2019-02-15
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1、太原理工大学硕士研究生学位论文非分光红外甲烷分析仪的研究与设计摘要随着工农业的迅速发展,矿井、油田、电力系统安全保护以及环境保护成为越来越值得重视的问题。数以万计的大型工厂和矿业部门排放出大量的易燃、易爆、有毒、有害气体,使人类的生存环境和人身安全受到严重威胁,因此对这些气体进行快速、实时检测对于工矿安全生产及环境保护有特别重要的意义。本论文以矿井瓦斯的主要成份甲烷为目标气体,设计了一种基于非分光红外检测技术的甲烷分析系统。该系统克服了国内传统气体传感器易中毒、检测范围窄、防爆性差等缺点,具有响应速度快、动态范围大、防燃防爆、
2、防电磁干扰、不易中毒等优点。可将传感器放置在人和仪器不易进入的易燃易爆、有毒等恶劣环境中,实现在线遥测,从而达到实时检测甲烷浓度、及时报警,避免瓦斯爆炸事故发生的目的。通过对白炽灯、发光二极管、半导体激光器各项性能的比较,选择具有特殊光谱的白炽灯及带滤光片的红外探头分别作为红外光源和红外探测器,同国外光学甲烷传感器相比,大大降低了成本,为红外光甲烷分析仪的推广奠定了基础。本课题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。设计了差分光路的检测方法,利用差分的方法消除了光源和光路的不
3、稳定以及光电器件零漂的影响。文中对气体检测的方法、探测器的原理、红外探测的气室光路结构、外界环I太原理工大学硕士研究生学位论文境因素的影响等做了详细的阐述。本课题设计了完整的非分光红外甲烷分析仪的系统结构,选择了合适的器件包括红外光源、气室、红外滤光片、红外探测器等。在电子系统方面设计了光源驱动电路、放大滤波电路、模数转换电路及DSP控制电路等。文中对如何应用DSP来完成数据的采集、处理判断、数据的显示和传输等一系列功能作了分析和阐述。微控制器的应用使整个系统很简单地通过一个DSP就控制起来,从而使整个系统功耗大大降低、体积微
4、型化。最后进行了甲烷分析仪的实验室实验,并结合实验数据给出了拟合曲线及误差分析,结果证明了非分光红外甲烷分析系统达到了预期的目的,具有一定的精度及良好的稳定性。关键词:红外吸收,非分光红外,甲烷气体,DSP,差分吸收检测太原理工大学硕士研究生学位论文DESINGANDREALIZlNGMETHANEANALYTICALSYSTEMWITUNON—DISPERSIVEINFRAFEDMEASUREMENTBASEDoNDSPABSTRACTWiththerapiddevelopmentofindustryandagricultu
5、re,safetyandenvironmentprotectionofmine,oilfieldandelectricpowersystemisofgreatimportancemoreandmore.Thousandsuponthousandsoflarge—scalepowerfactoriesandmineexhaustagreatdealoffiammable,explosiveandpoisonousgasintheair,andthelivingspaceandsafetyofhnman’Sareseriously
6、menaced,SOrapidandreal—timemeasurementofthegasisveryimportantforsafetyproductionofmineandenvironmentprotection,Inthispaper,themaincomponentofminegasmethaneisusedasaresearchsample.Angasanalyticalsystemisachievedusingnon-dispersiveinfraredfNDm)techniqueswhicharebasedo
7、nthefactthatmanygaseshaveuniqueinfraredabsorptionsignaturesinthespecificallyregion.Thesystemhastheadvantagesoffastrespondingspeed,freedomfrominflammationandexplosion,largedynamicrangeandfreedomfrompoisoning,andthedetectingsegmentcanbeplacedintheflammable,explosive,p
8、oisonousplacesthatpeoplecan'tcomeinandinstrumentscan’tbeplacedin.ThustheconcentrationofIII太原理工大学硕士研究生学位论文methanecanberemotereal-timedetect
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