基于S12单片机的高炉煤气CO含量激光检测系统

【摘要】：在冶金企业中高炉煤气组分浓度的检测,特别是对一氧化碳浓度的检测对于现场生产人员的生命健康安全、正常有序的高效生产、可燃气体的回收利用和环境保护都具有重要的意义。本文基于气体光谱吸收理论、比尔朗伯特定律以及调制与谐波检测等理论,设计了红外激光传感检测系统,实现了对高炉煤气中一氧化碳的实时在线快速连续检测。该系统基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TD LAS),具有灵敏度高,响应速度快,适应性强等诸多优点。 本文首先分析了一氧化碳浓度值高低与其危害性,可利用性之间的关系,同时阐述了高炉煤气常用检测方法及其各自弊端,指出基于TD LAS技术的激光检测的优势,是有毒有害气体检测的发展方向。 接着从比尔朗伯特定律和谐波检测理论推导了CO浓度表达式,并指出与待测气体温度、压强等因素有关,需要在试验中对公式进行系数修正;然后介绍了整个系统的结构与工作原理,重点分析了发射单元、接收单元与人机交互单元的组成、功能与具体电路设计,其中波长锁定电路与谐波检测电路是电路设计核心。 最后对控制系统和交互界面的软件设计和系数修正、浓度反演试验做了分析,表明该系统基本实现了对CO快速实时在线检测。 【关键词】：一氧化碳 可调谐半导体激光吸收光谱 谐波检测 系数修正
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TF325.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 本文研究的背景和意义8-9
• 1.2 高炉煤气中CO检测手段的现状9-11
• 1.3 本论文所研究的内容和论文组织结构11-13
• 第二章 光谱吸收型激光传感技术的理论与原理13-17
• 2.1 气体分子光谱吸收理论13
• 2.2 比尔朗伯特原理与其与气体浓度的关系13-17
• 第三章 高炉煤气检测系统设计17-48
• 3.1 CO 吸收谱线、光源和光电探测器的选择18-19
• 3.2 系统发射单元原理及硬件设计19-32
• 3.2.1 信号发生与光源驱动电路20-23
• 3.2.1.1 直流偏置电路20-21
• 3.2.1.2 扫描三角波电路21-22
• 3.2.1.3 调制正弦波电路22-23
• 3.2.1.4 光源驱动电路23
• 3.2.2 光源温控与波长锁定系统设计23-26
• 3.2.2.1 二次谐波与光源中心波长的对应关系24-25
• 3.2.2.2 锁定控制原理25
• 3.2.2.3 温控电路25-26
• 3.2.3 通讯模块设计26-29
• 3.2.3.1 4-20mA 浓度信号输出26-28
• 3.2.3.2 RS232 转 RS485 通讯28-29
• 3.2.4 数据采集模块设计29-32
• 3.2.4.1 基于LTC1867 的四个重要参量的采样电路30-31
• 3.2.4.2 待测气体的4-20mA 温度和压力采集31-32
• 3.3 接收单元原理及硬件设计32-38
• 3.3.1 前置放大与带通滤波设计33
• 3.3.2 倍频与锁相电路设计33-36
• 3.3.3 相敏检测电路设计36-38
• 3.4 人机交互界面设计38-45
• 3.4.1 交互系统组成与功能39-42
• 3.4.1.1 存储单元39-40
• 3.4.1.2 系统时钟40-41
• 3.4.1.3 液晶显示41-42
• 3.4.2 与主控制器的通讯42-43
• 3.4.3 防爆按键设计与实现43-45
• 3.5 检测系统软件设计45-48
• 3.5.1 主控单元软件设计45-46
• 3.5.2 人机交互界面软件设计46-48
• 第四章 实验及结果分析48-54
• 4.1 待测气体压力与温度对二次谐波比值的影响49-52
• 4.1.1 待测气体压力与二次谐波比值的关系49-51
• 4.1.2 待测气体温度与二次谐波比值的关系51-52
• 4.2 浓度值的线性修正52
• 4.3 浓度反演试验52-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 参考文献56-58
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文58-59
• 致谢59-60
• 详细摘要60-64

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