除尘器管道内点火源的探测与报警研究

摘要

近年来，由除尘器管道混入点火源而引发粉尘爆炸的事故日益增多，粉尘爆炸具有极强破坏性且涉及行业范围很广，煤炭、化工、医药、金属加工、粮食和饲料加工等行业都有发生，因此研究除尘器管道内点火源的探测与报警技术具有十分重要的研究意义和很高的应用价值。除尘器管道内的点火源具有体积小、热度低、移动快等特点，只能采用非接触式的方法进行探测，本课题利用PbS红外探测器构建点火源探测系统，通过对点火源发出的红外辐射进行探测来识别点火源。
　　本文建立了探测器接收管道内点火源辐射数学模型，利用MATLAB计算分析了点火源温度、直径、速度等因素对探测器接收点火源辐射功率的影响。
　　由于红外探测器窗口很小，接收范围有限，灵敏度低，因此设计了光学部分来拓展探测器接收范围和提高探测器的灵敏度。
　　设计了系统硬件电路，包括模拟信号采集电路和数字信号处理电路。模拟信号采集电路包括偏置电路、放大电路、精密全波整流电路、低通滤波电路等。数字信号处理电路以MSP430单片机为核心进行信号采集和处理，设有键盘、液晶、串行通信接口。软件部分主要包括信号的采集、处理、显示和RS-232通信。实现了信号自动采集、RS-232通信、液晶显示和键盘操作。
　　本次设计完成了系统的整体构建与调试，并在实验室模拟点火源及管道环境搭建了点火源探测实验装置，进行了点火源探测初步实验，测试了系统的探测性能。实验证明系统对用5mm直径发射率约为0.5的小钢珠模拟的的点火源反应快速，能够可靠探测，根据实验给出了探测系统在不同距离能够探测到的5mm直径钢珠模拟的点火源的温度范围。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 粉尘爆炸成因

1．1．2 粉尘爆炸危害

1．1．3 除尘系统粉尘爆炸

1．1．4 粉尘爆炸预防

1．2 课题研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 课题主要完成工作

第2章 管道内点火源探测原理及数学建模

2．1 红外辐射基本知识

2．1．1 红外辐射

2．1．2 辐射基本定律

2．2．管道内点火源探测原理

2．3 红外探测器介绍

2．3．1 红外探测器分类

2．3．2 红外探测器的性能指标

2．4 红外探测器选型

2．5 探测器接收管道内点火源辐射数学模型

2．5．1 数学模型的建立

2．5．2 数学模型的分析

2．5．3 建模总结

2．6 本章小结

第3章 探测系统硬件设计

3．1 探测系统硬件的整体设计

3．2 光学部分

3．3 电源

3．3．1 +3．3V电路设计

3．3．2 电源性能测试

3．4 模拟部分

3．4．1 偏置电路

3．4．2 前置放大电路

3．4．3 精密全波整流电路

3．4．4 低通滤波电路

3．4．5 限压保护电路

3．5 数字部分

3．5．1 芯片简介

3．5．2 晶振、电源隔离以及JTAG电路

3．5．3 A／D转换

3．5．4 D／A转换

3．5．5 键盘

3．5．6 液晶显示

3．5．7 串行通信

3．6 本章小结

第4章 探测系统软件设计

4．1 软件开发平台介绍

4．2 软件总体设计

4．3 各功能模块程序设计

4．3．1 程序初始化

4．3．2 数据采集与处理

4．3．3 液晶显示

4．3．4 键盘输入

4．3．5 串行通信

4．4 本章小结

第5章 点火源探测实验与系统调试

5．1 点火源探测实验平台搭建

5．2 点火源探测实验

5．2．1 点火源距离实验

5．2．2 点火源温度实验

5．2．3 点火源直径实验

5．2．4 单个点火源探测信号分析

5．2．5 实验总结

5．3 系统调试

5．3．1 模拟信号采集电路调试

5．3．2 数字信号处理电路调试

5．3．3 整体调试

5．4 系统实物展示

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢