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【摘要】：隨著國家能源對煤礦的需求不斷增加,保障礦產(chǎn)的生產(chǎn)安全已經(jīng)至關(guān)重要。但是近年來一氧化碳檢測儀,由于煤礦爆炸而引起的煤礦災(zāi)害逐年增加,已經(jīng)給國家和人民的財產(chǎn)安全帶來巨大的損失。然而,除了甲烷是引起煤礦爆炸的主要?dú)怏w以外,CO這種易燃易爆的氣體也是引起煤礦爆炸和火災(zāi)的罪魁禍?zhǔn)?。研制一款擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、低成本、可靠、快速響應(yīng)的礦用紅外一氧化碳檢測儀已經(jīng)刻不容緩。本論文來源于中國國家科技支撐計(jì)劃“煤礦突水、火災(zāi)等重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)”重大課題,項(xiàng)目名稱為:煤礦用紅外CO檢測儀(傳感器)研發(fā)(項(xiàng)目編號:2013BAK06B04)。本論文利用自主研制的球面反射聚光氣室,基于單光源雙通道的檢測結(jié)構(gòu),有效的消除了光源和光路的干擾,以鎖相放大技術(shù)為信號處理的核心技術(shù),成功研制出了 ICD-Ⅰ型紅外一氧化碳檢測儀,對樣機(jī)的進(jìn)行了標(biāo)定,研究了樣機(jī)的檢測性能。該樣機(jī)的最低檢測下限為10 ppm;當(dāng)檢測氣體濃度超過100 ppm時,該儀器的相對誤差為-1.7%～+1.9%;對濃度為100 ppm和1000 ppm濃度的氣體,長時間測量穩(wěn)定性,其相對誤差分別為0.9%和5.5%。該檢測儀在保障煤礦安全有著巨大的應(yīng)用前景。

此外搭建了虛擬一氧化碳檢測系統(tǒng),設(shè)計(jì)了適合該檢測系統(tǒng)的虛擬鎖相放大器氯氣檢測儀,有效的提高了該虛擬檢測系統(tǒng)的檢測性能。針對研制的虛擬檢測系統(tǒng),我們開展了氣體實(shí)驗(yàn),分析了該檢測系統(tǒng)的檢測性能。在一氧化碳濃度0～0.4%的范圍內(nèi),相對檢測誤差小于4.1%。對于氣體濃度0.1%和0.4%長達(dá)24小時的檢測結(jié)果表明相對誤差分別小于9.8%和2.2%。綜上所述,基于LabVIEW虛擬儀器對于檢測CO濃度具有很大的實(shí)用價值。同時基于ICD-Ⅰ型紅外一氧化碳檢測儀,我們通過時分復(fù)用的方法研究出了多氣體檢測系統(tǒng)的模型一氧化碳檢測儀,為MEMS寬帶熱光源應(yīng)用于多氣體檢測奠定了研究基礎(chǔ)。創(chuàng)新點(diǎn):1、根據(jù)光源的發(fā)光特性,設(shè)計(jì)并制作了與之匹配的光路和聚光氣室:(1)光源IR55的發(fā)散角為15度,制作了與之匹配的光程為40cm的球面反射鏡聚光氣室;(2)光源ReflectIR-P1S發(fā)出是平行光,制作了與之匹配的光程為80cm的平面反射鏡聚光氣室。2、將鎖相放大技術(shù)應(yīng)用于紅外氣體檢測中,自主研制了一款4Hz數(shù)模混合的鎖相放大器一氧化碳檢測儀,在此基礎(chǔ)上研制了 ICD-Ⅰ型紅外一氧化碳檢測儀二氧化碳檢測儀,該樣機(jī)的最低檢測下限為10 ppm,極大程度上提高了系統(tǒng)的信噪比,提高了儀器穩(wěn)定性和靈敏度。3、依托ICD-Ⅰ型紅外一氧化碳檢測儀,從電學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)兩方面做了延伸性研究:(1)利用虛擬軟件平臺LabVIEW的優(yōu)秀的數(shù)據(jù)處理能力,通過改進(jìn)電學(xué)系統(tǒng)的信號處理電路,設(shè)計(jì)了虛擬鎖相放大器,搭建了虛擬紅外一氧化碳檢測系統(tǒng),將其應(yīng)用于氣體檢測領(lǐng)域;(2)通過改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng),利用分時復(fù)用的方法可以構(gòu)建了多種氣體的檢測系統(tǒng)。

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