多点光纤甲烷浓度监测系统的研究

【摘要】： 在煤矿生产中,随着煤层的开采,往往会从矿井中涌出瓦斯。它与空气混合后,当其体积百分比为3.5%~16%时,如遇明火就会发生爆炸,给矿井的安全生产带来巨大的威胁。因此,对瓦斯进行实时监控在矿井通风系统中显得非常重要,要实现瓦斯监控的自动化和智能化,使用高性能的传感器是不可缺少的条件。光纤气体传感技术是一项正在发展中的新型高新技术。光纤气体传感器拥有优良的性能,在工业生产、环境监测和医学等领域具有广阔的应用前景。 本文阐述了光纤气体传感技术的原理,给出了气体吸收测量的理论依据。确定了甲烷气体的吸收谱线,找出了适合普通石英光纤进行较长距离低损耗传输的光谱特性。论述了DSP技术和CAN现场总线技术,在对DSP和CAN总线主流控制芯片分析的基础上,采用美国TI公司的TMS320F240芯片和PHILIP公司生产的CAN总线控制器SJA1000,组成总线型的网络监测系统。对TMS320F240系列DSP与CAN总线构成的现场局域网及DSP与远程计算机组成多级网络结构进行了深入的分析与研究。 针对我国煤矿中存在的问题,本文在全面、细致地分析煤矿监测系统的发展趋势、可靠性及其特点的基础上,提出一种新的解决方案,即以数字信号处理器为核心,以CAN现场总线为现场设备之间的通信网络,以光纤传感器作为现场监测设备组成监测网络系统。 本文以甲烷为目标气体,研究了基于近红外光谱吸收方法的全光纤传感器。以SLED作光源,以宽带光源差分吸收、谐波检测方法为理论基础,结合以锁相放大器为核心的微弱信号检测电路实现对甲烷气体的浓度监测。根据实验室现有的实验条件和仪器设备,对所设计的系统进行了实验研究,实验结果验证了本设计的可行性。 【关键词】：甲烷 谐波检测 近红外吸收光谱 数字信号处理器 现场总线
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP274.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 气体传感器的发展与现状10-22
• 1.3 课题研究的目的和意义22-23
• 1.4 课题来源及主要研究内容23-24
• 第2章 吸收式光纤甲烷浓度检测技术24-40
• 2.1 光谱吸收型光纤气体检测原理24-28
• 2.2 光谱吸收型气体检测方法28-39
• 2.3 本章小结39-40
• 第3章 系统硬件设计40-62
• 3.1 系统网络功能及组成40-45
• 3.2 光纤传感器部分设计45-52
• 3.3 监测单元设计52-56
• 3.4 监测点硬件电路56-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第4章 系统软件设计62-76
• 4.1 系统软件设计方案62
• 4.2 监测计算机软件设计62-65
• 4.3 监测单元软件设计65-71
• 4.4 监测点软件设计71-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第5章 系统实验和分析76-83
• 5.1 系统所需主要元器件参数76-78
• 5.2 光纤链路损耗实验78-79
• 5.3 甲烷气体吸收实验79-80
• 5.4 示值对比实验80-81
• 5.5 重复性实验81
• 5.6 误差分析81-82
• 5.7 本章小结82-83
• 结论83-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89-90
• 致谢90-91
• 作者简介91

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