基于LabVIEW的甲烷浓度监测系统的研究与设计

【摘要】：监测甲烷气体浓度在工业生产、生活安全等领域具有重要的意义。但是，到目前为止，由于矿下气体检测系统的不完善，我国都会发生若干起煤矿爆炸事故，死亡人数约占矿难事故死亡人数总数的一半左右。此外，近年来由于天然气的大量使用，天然气泄漏事故也频繁发生。所以研制新型有效的甲烷检测仪器的已迫在眉睫。基于红外吸收原理的气体传感器具有灵敏度高、选择性好、分辨率高等优点，是目前主要的检测气体方法之一。而LabVIEW是一款图像化的编程软件，它具有处理复杂信号和大数据的能力，目前已经广泛应用。本工作是国家高技术研究发展（863）计划－红外瓦斯检测仪－项目的延续。 本论文研制了具有良好人机交互界面的智能化甲烷检测仪，它是一种利用红外吸收光谱原理监测甲烷的虚拟仪器，并且利用了上位机的数据处理能力。研究设计和制作了电路（包括前置放大器、主放大器、驱动电路、电源电路等）和软件（采集参数、电压/浓度转换、存储信号、声光报警、人机交互界面等）。 文中选用了由英国E2V公司生产的IRGJ12型传感器，输出两路电信号，其中一路为与气体浓度相关测量信号，另一路为与气体浓度无关的参考信号，从而可以消除共模噪声。两路信号经电路处理后通过转接板（CB-68LP）输入数据采集卡（PCI6221），再由LabVIEW上位机软件处理信号。 最终实现系统检测下限为100ppm，系统在低浓度时的灵敏度达到100ppm，稳定性良好。 【关键词】：E2V 红外检测 数据采集卡 LabVIEW 气体检测 虚拟仪器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP274;TN219
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 气体检测方法概述11-14
• 1.2.1 催化燃烧法11-12
• 1.2.2 光学干涉法12-13
• 1.2.3 半导体气敏法13
• 1.2.4 红外吸收法13-14
• 1.3 红外吸收法国内外进展14-16
• 1.3.1 国外进展14-15
• 1.3.2 国内进展15-16
• 1.4 论文的主要研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 红外气体吸收原理18-26
• 2.1 概述18-19
• 2.2 红外瓦斯吸收原理—Beer-Lambert 定律19-20
• 2.3 红外吸收原理优点20-21
• 2.3.1 良好的选择性20
• 2.3.2 不易“中毒”及老化20
• 2.3.3 响应快、稳定性好20-21
• 2.4 常见光学系统介绍及传感器选用21-24
• 2.4.1 光源部分介绍21-22
• 2.4.2 气室部分介绍22-23
• 2.4.3 探测器部分介绍23
• 2.4.4 传感器 E2V 介绍23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 第三章 硬件电路设计部分26-38
• 3.1 系统总体方案设计26-27
• 3.2 硬件电路总体概述27
• 3.3 传感器驱动电路27-30
• 3.4 阻抗匹配电路30-31
• 3.5 前置放大电路31-32
• 3.6 隔直电路32-34
• 3.7 主放大电路34
• 3.8 数据采集卡 PCI622134-35
• 3.9 电源供电电路35-36
• 3.10 制作电路36-37
• 3.11 本章小结37-38
• 第四章 软件部分设计38-58
• 4.1 LabVIEW 软件介绍38-39
• 4.2 软件部分框图39-40
• 4.3 DAQ 助手40-42
• 4.4 参数采集模块42-48
• 4.4.1 混合信号分离42-43
• 4.4.2 滤波模块43-45
• 4.4.3 参数提取模块45-46
• 4.4.4 参数测量模块46-48
• 4.5 电压—浓度转换48-50
• 4.6 信号存储50-51
• 4.7 声光报警51-52
• 4.8 网络发布52-53
• 4.9 系统整体程序53
• 4.10 人机交互界面53-54
• 4.11 软件系统54-57
• 4.12 本章小结57-58
• 第五章 系统实验及总结与展望58-62
• 5.1 系统整机实验58-60
• 5.1.1 检测误差58-59
• 5.1.2 系统稳定性59
• 5.1.3 仪器检测上下限59-60
• 5.2 总结与展望60-62
• 5.2.1 本文总结60-61
• 5.2.3 展望61-62
• 参考文献62-66
• 作者简介及科研情况66-67
• 致谢67

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