紅外甲烷濃度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā).pdf

1、在石油鉆井、煤層氣勘探等過程中，通常使用氫火焰離子化檢測儀（FID）作為分析烷烴氣體的主要手段，此種儀器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、造價昂貴、測試周期長、難以連續(xù)檢測等缺點；而在煤礦瓦斯（甲烷）氣體檢測中，通常使用電學、電化學類氣體濃度檢測儀，其靈敏度低、精度差，易中毒。 針對以上氣體濃度檢測儀的缺點，本文在研究氣體分子的紅外吸收光譜理論的基礎(chǔ)上，以集成24位ADC的單片機ADμC845為核心，利用λ=3.31μm的中紅外光作為激勵

2、光，設(shè)計和開發(fā)了一種紅外甲烷濃度檢測系統(tǒng)。在系統(tǒng)硬件設(shè)計方面，對比選擇了紅外光源、紅外探測器、紅外濾光片等器件，提出將光學元器件與氣體分析室集成在一個模塊上的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，減小了系統(tǒng)體積，并對后續(xù)放大濾波電路、單片機處理電路、液晶顯示接口電路等進行了詳細設(shè)計：在軟件設(shè)計方面，對數(shù)據(jù)采集、處理模塊、液晶顯示模塊以及串口通信模塊進行了編程設(shè)計，提出了一種有效的數(shù)據(jù)采集方法，該方法利用單片機發(fā)出的脈沖去控制紅外光源亮滅，同時控制片上ADC在光

3、源亮滅瞬間對紅外探測器的輸出數(shù)據(jù)進行采集。最后，對所設(shè)計的檢測系統(tǒng)在實驗室條件下進行了標定。 經(jīng)過實驗室調(diào)試運行，所設(shè)計的電路達到了很好的效果，放大濾波電路能夠有效地濾除環(huán)境噪聲，檢測系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，能夠準確采集數(shù)據(jù)。該檢測系統(tǒng)的靈敏度為200ppm，可測量范圍在200ppm～100％，精度達到±0.78％FS，響應(yīng)時間小于3s。經(jīng)現(xiàn)場氣測錄井實驗，該系統(tǒng)能夠較為準確地測出待測氣體中甲烷氣體濃度，且克服了FID檢測儀的缺點，可