基于NDIR原理的高灵敏度便携式气体检测系统研究

【摘要】随着煤矿工业的迅猛发展,我国煤矿安全生产隐患也日益突出,主要表现在煤矿瓦斯超标严重,因此在煤矿安全生产中,可靠、精确、实时实地地监控瓦斯(主要成分是CH4)浓度是预防煤矿瓦斯爆炸事故发生的重要手段。但目前使用甲烷检测仪检测精度、稳定性都很低,鉴于此,本文基于非色散红外吸收(NDIR)原理及吸收强度是甲烷浓度的函数关系,进行了便携式甲烷气体检测系统的研究设计。整个系统包括热释电探测器和硬件系统电路。探测器包括红外光源、非聚焦设计的光学腔室、电可擦除只读存储器(EEPROM)及用于温度补偿的热敏电阻；硬件系统电路包括电源、含信号采集的微处理器系统、灯驱动电路、信号的滤波放大电路、EEPROM内数据下载电路、液晶显示电路、报警电路、晶体定时电路、数码管显示电路、RS232接口电路和数据存储等。探测器选用IRceL(?)系列的微型红外气体传感器,其内部集成温度补偿模块,我们可以通过读取和更改传感器内电可擦除存储器的参数对传感器探头进行标定和校零。微处理器采用Freescale半导体公司的32位KinetisK60系列微控制器中的MK60DN512ZVLL10型号最小系统,由传感器输出的双通道信号值及温度值经滤波和放大后被微处理器自带16位ADC采集处理,最后经过软件滤波及浓度标定,得出浓度值。工作人员升井后可以通过RS232串口连接计算机下载EEPROM内参数及检测数据进行分析,并进行浓度阈值设定。在实验室条件下,对系统进行了气体吸收实验,对实验结果数据进行曲线拟合、误差分析及标定,结果证明了基于红外吸收原理的高灵敏度便携式气体检测系统在误差范围内有较好的重复性,测量精度高,稳定性好。
【作者】余桂周；
【导师】陈晓宁；
【作者基本信息】安徽大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】NDIR原理；高灵敏度；便携式；甲烷浓度检测；

【参考文献】
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