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【摘要】：隨著國家能源對煤礦的需求不斷增加,保障礦產的生產安全已經至關重要。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害逐年增加,已經給國家和人民的財產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氣體以外,CO這種易燃易爆的氣體也是引起煤礦爆炸和火災的罪魁禍首。研制一款擁有自主知識產權、低成本、可靠、快速響應的礦用紅外一氧化碳檢測儀已經刻不容緩。本論文來源于中國國家科技支撐計劃“煤礦突水、火災等重大事故防治關鍵技術與裝備研發”重大課題,項目名稱為:煤礦用紅外CO檢測儀(傳感器)研發(項目編號: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構,有效的消除了光源和光路的干擾,以鎖相放大技術為信號處理的核心技術,成功研制出了 ICD-Ⅰ型紅外一氧化碳檢測儀,對樣機的進行了標定,研究了樣機的檢測性能。該樣機的最低檢測下限為10 ppm;當檢測氣體濃度超過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用前景。

此外搭建了虛擬一氧化碳檢測系統,設計了適合該檢測系統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的檢測性能。針對研制的虛擬檢測系統,我們開展了氣體實驗,分析了該檢測系統的檢測性能。在一氧化碳濃度0～0.4%的范圍內,相對檢測誤差小于4.1%。對于氣體濃度0.1%和0.4%長達24小時的檢測結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,我們通過時分復用的方法研究出了多氣體檢測系統的模型一氧化碳檢測儀,為MEMS寬帶熱光源應用于多氣體檢測奠定了研究基礎。創新點:1、根據光源的發光特性,設計并制作了與之匹配的光路和聚光氣室:(1)光源IR55的發散角為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、將鎖相放大技術應用于紅外氣體檢測中,自主研制了一款4Hz數模混合的鎖相放大器一氧化碳檢測儀,在此基礎上研制了 ICD-Ⅰ型紅外一氧化碳檢測儀二氧化碳檢測儀,該樣機的最低檢測下限為10 ppm,極大程度上提高了系統的信噪比,提高了儀器穩定性和靈敏度。3、依托ICD-Ⅰ型紅外一氧化碳檢測儀,從電學系統和光學系統兩方面做了延伸性研究:(1)利用虛擬軟件平臺LabVIEW的優秀的數據處理能力,通過改進電學系統的信號處理電路,設計了虛擬鎖相放大器,搭建了虛擬紅外一氧化碳檢測系統,將其應用于氣體檢測領域;(2)通過改進光學系統,利用分時復用的方法可以構建了多種氣體的檢測系統。

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