便攜式紅外甲烷檢測裝置研究與設(shè)計(jì).pdf

1、煤炭資源一直是我國的重要能源，煤礦開采又是我國重要的產(chǎn)業(yè)。然而，影響煤礦安全的因素眾多，有瓦斯爆炸、井下火災(zāi)和水災(zāi)等。瓦斯（甲烷）爆炸則是我國煤礦最嚴(yán)重的事故之一，在煤礦事故中占到80％以上，全國每年因煤礦事故死亡的人員徘徊在數(shù)干人左右，煤礦安全生產(chǎn)的形勢仍然異常嚴(yán)峻。因此，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)煤礦井下甲烷氣體濃度進(jìn)行檢測，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)、工作人員的人身安全等具有非常重要的作用。
　　隨著科技迅猛發(fā)展，針對(duì)甲烷濃度檢測的傳感器層出

2、不窮，主要包括載體燃燒催化型、氣敏半導(dǎo)體型、光線干涉型和紅外光譜吸收型等。傳統(tǒng)類型的氣體傳感器由于其檢測原理和制造工藝的缺陷，很多已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代煤礦復(fù)雜環(huán)境下對(duì)甲烷濃度精確檢測的要求，主要存在檢測范圍窄、易中毒、需頻繁調(diào)校、使用壽命較短等缺陷，基于紅外原理的甲烷傳感器可以有效地克服傳統(tǒng)類型傳感器的局限性，能精確、實(shí)時(shí)地檢測出甲烷氣體的濃度，為煤礦生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的保障。紅外甲烷傳感器作為新一代氣體傳感器，具備選擇性好、檢測范圍寬、精度高

3、、反應(yīng)速度快、不易中毒、使用壽命長等諸多優(yōu)勢。
　　論文研究基于自主創(chuàng)新，提出一種基于紅外吸收原理的便攜式甲烷傳感器設(shè)計(jì)方案，并解決多個(gè)關(guān)鍵問題。采用MSP430F1611單片機(jī)為核心控制器，完成了對(duì)傳感器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過大量實(shí)驗(yàn)測試，對(duì)傳感器進(jìn)行誤差分析及補(bǔ)償，使傳感器達(dá)到精度高、體積小以及功耗低等要求。
　　論文研究及設(shè)計(jì)完成的主要工作有:首先，根據(jù)紅外吸收原理，選擇出高性能的紅外光源、熱釋電探測器等核心器

4、件，設(shè)計(jì)了紅外光學(xué)氣室，根據(jù)各個(gè)器件在氣室中的布局，對(duì)紅外氣室進(jìn)行光學(xué)分析及數(shù)值仿真，根據(jù)便攜式儀器的設(shè)計(jì)原則，最終確定氣室的類型和參數(shù)。
　　其次，硬件電路設(shè)計(jì)，包括光源的調(diào)制電路，信號(hào)調(diào)理電路;傳感器以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)鍵盤按鍵、數(shù)碼管顯示、聲光報(bào)警等外圍電路，電路設(shè)計(jì)簡潔有效，適合便攜式設(shè)備使用。
　　再次，軟件設(shè)計(jì)，采用模塊化的編程方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了光源調(diào)制、數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換、功能型鍵盤、數(shù)碼顯示等模塊工作流程。<