基于双敏感模式的全量程甲烷检测仪设计

摘要

矿井瓦斯监测一直是我国煤矿安全工作的重点。催化燃烧式气体传感器具有灵敏度高、响应速度快、成本低廉等优点。但在检测高浓度甲烷时，催化反应产生的热量过大会导致传感器发生高浓度冲击问题，同时存在二值性问题。并且不合理设计使催化敏感元件在高浓度甲烷气体中燃烧，导致敏感元件损坏，甚至引起瓦斯爆炸。因此，矿用全量程甲烷检测技术研究对提高矿井瓦斯监测产品的稳定性以及安全生产具有重要意义。
　　本设计对催化燃烧式气体传感器进行了理论分析和测量方法研究，对敏感元件的催化燃烧特性和热传导特性进行了热效应理论分析，研究并确定数据处理数学模型，提出了基于双敏感模式的全量程甲烷检测方法。本文根据甲烷检测仪的功能要求与设计的参数指标，对全量程甲烷检测仪的检测算法方法进行了详细的分析，并进行零点漂移和灵敏度衰减补偿，最终得到低浓度和高浓度甲烷气体的具体解决方案。配合使用的恒温供电方式使传感器更加稳定、可靠的工作。该检测仪在硬件电路设计有单片机最小系统电路、电源管理电路、信号放大电路、参比源电路、红外接收电路、以及数据输出显示电路。基于这些电路设计进行电路调试。检测仪的系统软件设计包括：主程序、浓度数据采集处理程序、遥控器解码程序、标定程序、按键服务程序等。
　　本文对基于双敏感模式的甲烷检测仪进行了实验室实验调试，对传感器受环境温度的影响做了初步测试，进行了甲烷温度、灵敏度补偿前后对比测试。结果表明：检测仪检测精度高，抗干扰能力显著增强，设备使用易于检修维护，实现了采用单一催化燃烧式传感器进行全量程甲烷检测。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及意义

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 全量程甲烷检测仪总体方案设计

2.1技术指标设计要求

2.2本安仪表的防爆设计要求

2.3总体方案设计

2.4检测仪各主要功能模块的选取

2.5本章小结

第3章 全量程甲烷测量工作原理

3.1催化模式下检测原理分析

3.2催化模式下二值性问题与恒温检测技术

3.3热导模式下理论分析

3.4本章小结

第4章 硬件电路设计

4.1单片机系统设计

4.2电源模块电路

4.3信号处理电路

4.4信号输出电路

4.5本章小结

第5章 系统软件设计

5.1软件总体设计概述

5.2主程序设计

5.3遥控器解码程序设计

5.4标定程序设计

5.5数据处理程序设计

5.6信号输出设计

5.7本章小结

第6章 系统调试

6.1甲烷浓度配置方法

6.2稳定性测试

6.3样机测试

6.4系统误差分析

6.5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

致谢