示例1-一氧化碳浓度监测系统设计(仅供参考,其格式不符合要求)

J I A N G S U U N I V E R S I T Y

本科课程设计说明书

光学测试技术应用课程设计

题目：

学院名称：机械工程学院

专业班级：

学生姓名：

指导教师姓名：

20 年6月

一氧化碳浓度监测系统设计

专业班级：学生姓名：指导教师：

摘要一氧化碳是一种对人类和环境有很大危害性的气体。由于工业生产中排放的废气大多有毒、易发生爆炸且其检测环境极其恶劣，所以对气体检测系统提出了更高的要求。因此，研究一种高精度、高灵敏度、非接触式、稳定可靠的现代化测量技术以实现对一氧化碳气体浓度的测量具有重义。

本文设计了一种基于近红外吸收光谱技术的CO气体浓度检测系统，利用分子光谱选择吸收理论，对一氧化碳气体的几个特征吸收光谱的比较，选择1.568um作为氧化碳气体浓度检测的特征吸收波长。根据Lambert-Beer定律以及弱光检测技术，采用锁相放大器的补偿法双通道测量方法，测量一氧化碳气体浓度。

关键词：近红外吸收光谱技术Lambert-Beer定律锁相放大器

A Design of Carbon Monoxide Gas Concentration Measurement System

Abstract Carbon Monoxide Gas is a kind of dangerous gas It is seriously harmful to environment and people. Emissions detection is the foundation and the key of prevention and control of pollution in the production of industrial. But because most of the exhaust gas are poisonous and explosive, and the testing environment very bad, so gas detection system must achieve higher requirements. Therefore, the study of a modern measurement technology of high precision, high sensitivity, non-contact, stable and reliable have the important meaning to realize the measurement of carbon monoxide gas concentration.

In this paper ,a new design of Carbon Monoxide Gas Concentration Measurement System based on near-infrared absorption spectrum technology has been made. After analyzing the theory of gas molecules absorption and comparing, several absorption spectrum of carbon monoxide gas, It is a great deal to selected 1.568 um as the features absorption wavelength of carbon monoxide gas concentration measurement. Based on Lambert-Beer law and the technology of weakly light measuring, the system can detect the concentration of carbon monoxide gas

Key words near-infrared absorption spectrum technology Lambert-Beer law lock-in amplifier

第一章光谱吸收式气体检测原理 (4)

1.1 分子光谱选择吸收理论 (4)

1.2 Lambert-Beer定律 (4)

1.3 一氧化碳气体分子特征吸收谱线的选择 (5)

1.4 弱光检测中锁相放大器的原理 (6)

第二章一氧化碳近红外吸收光谱检测系统设计 (7)

2.1直接吸收检测 (7)

2.2 差分吸收检测 (7)

2.2.1差分吸收检测原理 (7)

2.2.2差分吸收检测系统结构 (9)

第三章气体检测系统各模块的选择及系统性能分析 (9)

3.1光源的选择 (9)

3.2气室的选择 (10)

3.3光电检测器的选择 (11)

3.4系统性能分析 (11)

结论 (11)

致谢 (11)

参考文献 (12)

附图 (13)

一氧化碳是一种对人类和环境有很大危害性的气体。人吸入一氧化碳气体后，血液中的血红蛋白就会与其结合，从而阻碍了氧气与血红蛋白的结合，导致机体组织的严重缺氧[1]。浓度较低的一氧化碳气体也会导致如头痛、耳鸣、疲劳等这些症状，如果浓度较高，轻则会有损人的思维和感觉，导致身体的运动能力降低，重则会造成脑部的严重受损甚至出现死亡[2]。在空气流通不畅的环境中，燃煤燃烧不充分产生的煤气或液化气管道气体的泄漏以及工业生产或采矿产生的一氧化碳气体非常容易被人体吸入而导致中毒。一氧化碳的比重为，非常接近空气的比重0.97，所以不容易扩散，若是达到空气混合爆炸极限，发生爆炸的可能性极大，因此极易造成重大事故。

因此，对人类生产、生活环境中一氧化碳气体进行实时、准确的检测和报警是与人类自身安全、社会可持续发展切实相关的重要问题。然而大多数传统的气体浓度检测技术是采用非光学法的检测，如电化学式气体浓度传感器、半导体气体浓度传感器等。虽然这些传感器也能够达到比较低的检测限，但都无法避免稳定性差、易中毒、易受电磁干扰等这些缺点。而基于光学法的气体传感器与传统的非光学类气体传感器比较，其具有高可靠性、低系统运行成本、无需人员值守、可连续工作、存在表面污染等优点，将是气体检测技术新的发展方向。[3]

本文设计了一种基于近红外吸收光谱技术的CO气体浓度检测系统，利用分子光谱选择吸收理论，对一氧化碳气体的几个特征吸收光谱的比较，选择1.568um作为氧化碳气体浓度检测的特征吸收波长。根据Lambert-Beer定律以及弱光检测技术，采用锁相放大器的补偿法双通道测量方法，测量出一氧化碳气体浓度。