光电检测方法研究毕业设计

摘要

随着石油、天然气工业以及煤炭工业的发展，煤矿爆炸事故日益增加。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数以煤为主要能源的国家之一。在煤炭的生产、加工过程中产生的大量甲烷(CH4)及一氧化碳(CO)等易燃易爆气体，带来了煤矿安全、环境污染等一系列的问题。因此，对煤矿生产、加工过程中产生的有害气体进行高灵敏度检测变得十分重要。通信技术的发展使得光源及各种光纤器件性能更加完善。因此，在各种气体传感器中光纤气体传感器受到国内外研究者的广泛关注。光纤气体传感器因其敏感元件与检测电路和信号处理电路实现了完全的电隔离，使系统更加安全可靠。

本文基于差分检测原理，设计了用于气体传感中微弱信号测量的增益可调的便携式双光路光电检测和采集系统。系统采用以AD795 为核心的低噪声、高灵敏度前置放大器，通过有效的抗干扰措施，实现了微弱信号的高精度低噪声检测，并配以具有极强抗噪性能的24bitsΣ－△模数转换芯片AD7794，完成高分辨率的数据采集。通过AVR 单片机控制实现电路增益的自动调节，解决了差分检测中存在的小信号放大，大信号饱和的问题。

关键词：气体传感；光电检测；微弱信号测量；可调增益；数据采集

Abstract

Along with the development of oil and natural gas industry,the coal mine exploding accident increased everyday.China is the country with the maximal coal yield and consumption,and also is one of the countries using coal as the most energy sources. Many kinds of inflammable and explosive gases such as methane(CH4)and carbon monoxide(CO)coexisting in the process caused a series of problem like the safety problem and environment pollution and so on.So it is very important to detect more sensitive the harmful gases engendering in the coal mine.

目录

第一章绪论

1.1课题的来源及意义

1.2光电检测系统概况和发展趋势

1.3论文的主要工作

第二章气体差分检测中光电检测技术应用的理论基础 2.1 气体差分检测技术原理

2.2 光电检测技术原理

2.3 气体差分检测中光电检测系统总体设计原理

第三章气体差分检测中光电检测系统的设计

3.1前置放大电路设计

3.2自动控制增益电路设计

3.3主放大电路与滤波电路设计

3.4数据采集系统

结束

致谢

附录

参考文献：

英文翻译

第一章绪论

1.1 选题的来源和意义

利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量。

近年来，随着光纤传感技术的飞速发展,光纤气体传感器也得到了广泛的研究和应用。它具有灵敏度高、响应速度快、防燃防爆、不受电磁干扰、可以实现光信号的长距离传输和现场实时遥测等优点,所以对光电检测方法研究的关注也一直在增加。光电检测技术的应用是广泛而有前景的，比如说在煤矿灾害事故防范中，瓦斯爆炸和矿井火灾占很大比例，而且二者常常伴随发生。为了有效地控制井下事故发生，最大限度地减少人员伤亡事故，加强对甲烷和一氧化碳在井下环境空气中浓度的实时监测，积极开发对井下有害气体的实时监测系统，将甲烷和一氧化碳气体传感探头安装在井下生产现场中，及时检测环境空气中有害气体的含量，并将气体传感器与报警装置、保护系统联动，以减少事故的发生。这些措施对于保障井下职工的身体健康和矿井安全生产具有极其重要的意义。

在本次设计中根据气体差分测量的具体应用，针对微弱信号检测中的稳定性和噪声问题设计了一种极微弱光电流信号检测电路；本系统采用程控增益可调电路，有效的检测气体吸收信号的同时很好的解决了参考信号易饱和的问题；自动增益系统采用ADG10204芯片控制整个光电检测、采集形成一个便携式系统；系统具有很高的精度和稳定性，能有效的满足气体差分检测的要求的检测系统。

1.2 光电检测系统概况和国内外发展情况

及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测预报和控制已成为煤炭、石油、化工、环保等部门迫切解决的问题。气体传感技术一直是传感器技术领域的一个重要前沿课题。光纤传感技术及光电探测技术发展,光纤的本质安全及便于遥控遥测的特点,使得气体光纤传感检测系统更具有优越性。目前,光谱吸收型光

纤气体传感器是比较接近于实用化的一种气体传感器,本文基于气体的差分吸收检测原理,以甲烷为实验气体,设计用于检测系统的微弱信号处理电路系统。

随着科技发展的日新月异，光电检测技术已经发展出纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术；小型、快速的微型光、机、电检测系统在各个领域应用越来越广泛。非接触、快速在线测量已经取代原始的接触式，较缓慢的检测技术，并向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术方向发展；闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。向人们无法触及的领域发展。光电跟踪与光电扫描测量技术等先进的光电检测技术的进步和广泛应用将对人们生活，工业生产甚至国防科技产生巨大影响和改革。随着光纤传感技术的飞速发展,光纤气体传感器也得到了广泛的研究和应用。它具有灵敏度高、响应速度快、防燃防爆、不受电磁干扰、可以实现光信号的长距离传输和现场实时遥测等优点,所以对光电检测方法研究的关注也一直在增加。

1.3 论文主要工作

1、系统总体框图的设计

2、前置放大电路的设计

3、自动增益控制电路的设计

4、数据采集系统的设计