具有环境参数补偿和恒温控制功能的红外吸收式甲烷探测器

摘要

甲烷不仅存在于煤层气中，它还是天然气、沼气等重要能源的主要组成成分，甲烷作为重要的化工原料已广泛应用于多种物质的生产过程中，甲烷探测器在工业和矿业领域得到广泛应用。红外吸收式甲烷探测器由于具有稳定性高、精度高、寿命长、维护量小等优点，应用领域不断扩大。因此，设计出高可靠性的红外吸收式甲烷探测器，完成对各个领域中甲烷浓度的准确检测至关重要。
　　非色散红外吸收原理的测量结果易受环境参数的影响，其中温度会影响红外光源的辐射特性造成零点和灵敏度的改变，压力变化会影响待测气体单位体积内的质量浓度从而造成测量误差。为了获得准确的测量结果，本文提出了具体的环境参数补偿方案。相较于通过实验数据进行数学建模的方法完成对零点和灵敏度的温度补偿，本文从影响测量精度的根本因素入手，提出了恒温控制方案，通过恒温控制电路对红外光源供电，使得在任何环境条件下红外光源的温度都能保持恒定，从而保证光源辐射特性稳定，消除了环境温度对测量结果的影响。环境压力对测量结果的影响为线性关系，本文采用压阻式气体传感器进行环境压力补偿。本文完成了具有环境参数补偿和恒温控制功能的红外吸收式甲烷探测器的硬件电路和软件程序设计。
　　本文对环境参数对红外吸收原理的影响进行了理论分析，完成了恒温控制和压力补偿软硬件设计，有效地消除了环境参数对测量结果的影响。由实验数据可知，在较宽的环境温度和压力范围内，本探测器仍具有较高的稳定性和测量精度，能较好地满足工业和矿业的需求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2课题相关领域发展状况

1.3课题主要研究内容

第2章 红外吸收式甲烷探测器总体设计方案

2.1系统总体设计要求

2.2系统设计方案

2.3本章小结

第3章 硬件电路设计

3.1单片机系统设计及外围电路设计

3.2电源电路设计

3.3压力测量电路设计

3.4信号调理电路设计

3.5标准信号输出电路设计

3.6本章小结

第4章 探测器软件设计

4.1软件设计概述

4.2主程序设计

4.3红外遥控解码程序设计

4.4标定程序设计

4.5数据采集及处理程序设计

4.6数据输出程序设计

4.7本章小结

第5章 系统测试及误差分析

5.1浓度配置装置

5.2系统测试

5.3误差分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间获得的主要奖励

致谢