文档介绍：中国石油大学(华东)
硕士学位论文
红外甲烷浓度检测系统的设计与开发
姓名:张勇
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:戴永寿;孙洪涛
20090501
摘要在石油钻井、煤层气勘探等过程中,通常使用氢火焰离子化检测仪魑7析烷烃气体的主要手段,此种仪器具有结构复杂、操作繁琐、造价昂贵、测试周期长、难以连续检测等缺点;而在煤矿瓦斯淄气体检测中,通常使用电学、电化学类气体浓度检测仪,其灵敏度低、精度差,易中毒。针对以上气体浓度检测仪的缺点,本文在研究气体分子的红外吸收光谱理论的基础上,以集成位牡テ鶤为核心,利用扣闹泻焱夤庾魑<外光源、红外探测器、红外滤光片等器件,提出将光学元器件与气体分析室集成在一个液晶显示接口电路等进行了详细设计:在软件设计方面,对数据采集、处理模块、液晶测仪的缺点,可代替治鲆嵌宰昃褐屑淄楹拷屑觳狻关键词:甲烷,气体浓度检测,红外吸收光谱,热释电红外探测器励光,设计和开发了一种红外甲烷浓度检测系统。在系统硬件设计方面,对比选择了红模块上的结构设计方案,减小了系统体积,并对后续放大滤波电路、单片机处理电路、显示模块以及串口通信模块进行了编程设计,提出了一种有效的数据采集方法,该方法利用单片机发出的脉冲去控制红外光源亮灭,同时控制片上诠庠戳撩鹚布涠院外探测器的输出数据进行采集。最后,对所设计的检测系统在实验室条件下进行了标定。经过实验室调试运行,所设计的电路达到了很好的效果,放大滤波电路能够有效地滤除环境噪声,检测系统能够稳定运行,能够准确采集数据。该检测系统的灵敏度为,可测量范围在~ィǘ却颪士煊κ奔湫∮>殖气测录井实验,该系统能够较为准确地测出待测气体中甲烷气体浓度,且克服了
瓵瑃.%..,琣琣簃;..,甌士;瑃琱琹瑄瑃,
日期:矸年厂月冲同雾:矽绛鲁逋:≯功绎厂月砷日关于学位论文的独创性声明学位论文使用授权书本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得中国石油大学6或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。本人完全同意中国石油大学6有权使用本学位论文ǖú幌抻谄溆本人郑重声明:所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。学位论文作者签名:刷版和电子版褂梅绞桨ǖú幌抻冢罕A粞宦畚模垂娑ㄏ蚬矣泄夭棵机构徒谎宦畚模匝踅涣魑D康脑秃徒换谎宦畚模市硌宦畚谋徊樵摹借阅和复印,将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者指导教师签名
第绪论课题背景及研究意义气体传感器即气体敏感元件,是能感知环境中某种气体及其浓度的一种装置或器件,它能将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号,从而可以进行检测、监控、分析、报警【。目前,气体传感器在环境监测、石油石化、煤矿等领域具有重要作用。本展状况,确定本文所研究的主要内容以及论文的框架结构。国外从年代起就开始研究开发气体浓度传感器,至今已走过了半个多世纪,品年代以来,随着科学技术的发展以及工业规模的逐渐扩大,在生产中使用的气体原料和业的飞速发展,致使大气污染日益严重,比如,由氮氧化合物、二氧化硫等成份引起的酸雨;由二氧化碳、碳氢化合物以及碳氟化合物等产生的温室效应;由碳氟化合物和卤化碳等造成臭氧层破坏,所有这一切都对人类的生存造成了极大的威胁,引起了全人类的关注,而先前研究开发的气体传感器已不能满足人们的要求,人们正在寻求一种性能优良、能满足多种环境条件的新型气体传感器。产生大量气体,包括氢气、樘烯烃以及少量烷、烯及以上重组分,另外还有少量二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等枰6ㄐ远考觳飧髦制分析井下地质状况,对油气层做出准确的判断。我国从上世纪年代开始研制开发简单气测录井仪,从对样品气中甲烷和重烃的简单分析,发展成为对石油全烃的连续分析和组份的全自动分析,初步判断油气层的性质及成分组成。在录井过程中,通常使用的是氢火焰离子化检测器魑7治銎宓闹饕J侄危ù酥址椒ň哂薪峁垢丛印操作繁琐、造价昂贵、测试周期长、难以进行连续检测等缺点。人数与日俱增,对矿工的生命以及周围的环境造成严重威胁。据有关媒体报道,我国由章从气体传感器定义出发,主要分析气体传感器的研究和应用背景、分类及其国内外发种达到了数百种,主要用于厂矿和家庭的煤气测试、液化石油气、天然气以及瓦斯等有害气体的检测和报警,并取得了显著的效果,基本上满足了市场的需要【俊I鲜兰生产过程中产生的气体种类和数量也在不断增多,尤其是石油、化工、煤矿、汽车等工在石油石化行业,一对气体浓度的检