基于红外吸收原理的甲烷浓度检测仪

【摘要】：本文利用甲烷气体对红外辐射有选择性吸收且吸收强度是甲烷浓度的函数这一关系,研制了基于红外吸收原理的甲烷浓度检测仪。该检测仪将红外辐射强度转化为电压信号,实现对甲烷浓度的测量,具有响应速度快、动态范围大、防燃防爆、防电磁干扰、不易中毒等优点。 通过分析和比较多种气体浓度检测方法,根据检测仪的测量要求和应用环境,选择红外光谱吸收法作为本检测仪的理论方法。比较白炽灯、发光二极管、半导体激光器的各项性能,光源采用德国PerkinElmer公司的白炽灯IRL715,发出的光覆盖从可见光到4.4μm的波段。探测器选用的是双光路热释电探测器PYS 3228 TC G5.2/G20,其内部集成了两个将红外辐射能量转化为电压信号的焦热电元件,在封装外壳开了两个窗口,在两个焦热电元件前分别装配了两个窄带滤光片,中心波长分别为3.39μm和4μm。 根据所选光源和探测器的特点,设计了合理的光源调制电路和信号调理电路。采用8位单片机PIC16F877作为检测仪的核心处理器,完成正弦信号峰峰值的采集、浓度计算、声光报警等功能。以单片机为基础,设计了系统电源电路、光源调制电路、基本放大电路、峰值检测电路、驱动显示电路、声光报警电路以及二线制输出电路,通过对单片机编程实现各模块的功能。当甲烷浓度超过预先设定的报警阈值时,则产生声光报警信号。 根据实验室现有的条件和仪器设备,对所设计的检测仪进行了实验研究。结合实验数据给出了拟合曲线及误差分析,并进行了简单的标定,结果证明基于红外吸收原理的甲烷浓度检测仪具有一定的精度和良好的稳定性。 【关键词】：红外吸收 甲烷气体 浓度检测 单片机
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP216
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的意义9-10
• 1.2 甲烷检测技术的研究概述10-12
• 1.3 基于红外吸收原理的甲烷检测仪的研究现状12-13
• 1.4 课题的主要研究内容13-15
• 第2章 红外甲烷气体检测原理15-19
• 2.1 概述15
• 2.2 朗伯—比尔定律15-16
• 2.3 红外光谱吸收的测量方法16-17
• 2.4 红外吸收原理的优点17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第3章 甲烷检测仪的硬件设计19-36
• 3.1 检测仪的设计要求19
• 3.2 检测仪的总体设计19-20
• 3.3 光路系统的设计20-25
• 3.3.1 气室结构的设计20-21
• 3.3.2 红外光源的选择21-23
• 3.3.3 红外探测器的选择23-25
• 3.4 电路系统的设计25-35
• 3.4.1 单片机的选择25-27
• 3.4.2 系统电源电路27-28
• 3.4.3 光源驱动电路28-29
• 3.4.4 基本放大电路29-30
• 3.4.5 峰值检测电路30-32
• 3.4.6 驱动显示电路32-33
• 3.4.7 声光报警电路33-34
• 3.4.8 二线制输出电路34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 甲烷检测仪的软件设计36-44
• 4.1 数据的采集处理37-38
• 4.1.1 数字滤波37
• 4.1.2 加权处理37-38
• 4.2 浓度的转换38-39
• 4.3 数码管显示39-40
• 4.4 二线制输出40-42
• 4.5 报警限的修改42-43
• 4.6 本章小结43-44
• 第5章 实验结果与不确定度分析44-50
• 5.1 甲烷气体实验44-47
• 5.1.1 气体吸收试验44-46
• 5.1.2 重复性试验46-47
• 5.1.3 稳定性试验47
• 5.2 测量结果的不确定度分析47-49
• 5.3 本章小结49-50
• 结论50-51
• 参考文献51-54
• 附录 1 甲烷检测仪54-55
• 附录 2 甲烷检测仪及标定气体55-57
• 致谢57

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