基于红外光谱吸收的甲烷气体在线监测系统设计

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1、夺因許達若若大赛ｎ？，＇，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｇｙ硕±学位论文ｉ．Ｘ＾ｃｅａｎｄＴ梦／论文题目基子紅外光谱吸收巧甲燒Ａ体在线蓝測条扼设计陈友姿作者姓名学科专业控制科学与工程旅吏研＾员导师姓名二〇—六？年五月完成时间中通种緣技木丈聲硕±学位论文馨基于红外光谱吸收的甲烧气体在线监测系统设计作者姓名：陈友安学科专业：控制科学与工程导师姓名：张建研究员二０—完成

2、时间：六年五月二十Ｈ日ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｆＣｈｉｎａｙｇｙｏＡ’ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ化ｒＭａｓｔｅｒｓｄｅ巧ｅｇＤｅｓｉｎｏｆＯｎｌｉｎｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｇＳｓｔｅｍｆｏｒＭｅｔｈａｎｅａｓｂａｓｅｄｙｇｏｎＩｎｆｒａｒｅｄＳｅｃｔｒｕｍＡｂｓｏｒｔｉｏｎｐｐ’ｍＡｕ化ｏｒｓＮａｅ：ＹｏｕａｎＣｈｅｎｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ：Ｃｏｎ化ｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐ

3、ｒｏｆ．ＪｉａｎＺｈａｎｇ＇＇＾Ｆｉｎｉ沈ｅｄｔｉｍｅ：Ｍａｙ２３２０１６，中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果，论文中不包含任何他人己经发表或撰写。除己特别加Ｗ标注和致谢的地方外过的研究成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。＇／Ｏ《、少Ｚ／：作者签名：陳忘惡签字日期郑中国科学技术大学学位论文授权使用声明一作为申请学位的条件之，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥，即有学位论文

4、的部分使用权；学校有权按有关规定向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存一、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。访公开□保密（年）＿作者签名：ｆｅ辜导师签名；／陳＇签字日期’：从／Ｌ心签字日期：摘要一甲院（ＣＨ）是，二４种重要的温室气体在所有温室气体中，其含量仅仅比氧化碳（Ｃ〇２）低，其增温

5、效果非常显著。单位摩尔ＣＨ４的福射强度是Ｃ０：的２￣１２３倍，对全球气候变暖的贡献率约占１５％。农田是甲烧气体最主要的排放源一一之，农田甲烧的排放速率及排放通量信息的快速获取是项亟需解决的关键技术－。目前普遍采用的静态箱气相色谱法存在着采样程序繁琐、成本高、不能实时监测等缺点，难Ｗ满足农田甲烧低成本、快速检测要求。考虑甲烧气体分子对特定波长的红外福射具有选择性吸收且吸收强度与甲院浓度呈正相关，本文拟利用红外光谱吸收原理来对农田甲晓气体进行定量检测。设计了光电检测系统，结一？１、无线远程通信技术合义ＳＴＭ３

6、２Ｆ１０３ＶＢ为ＭＣＵ的嵌入式技术，开发了套农田甲院气体浓度检测系统，实现了对农田甲烧气体排放的在线监测。，重点阐述了分子吸收光谱形成原理首先、红外吸收原理Ｗ及差分吸收检测技术等理论，Ｗ此作为本设计的理论依据。其次，基于红外光谱吸收理论设计了甲院检测系统。由于农田甲烧气体排放量少，信噪比较低，为提高检测精度及结合成本考虑，使用了差分吸收检测。在光路方面，通过理论分析Ｗ及针对各类光源与探测器性能比较，优选了红外光源ＩＲＬ７１５和双通道热释电探测器ＰＹＳ３２２８，并通过气室结构设计实现了甲烧传ＳＴＭ３２感

7、系统：电，Ｗ为微控制单元设计了系统电源路方面、光源驱动与调制、信号调理、ＳＤ卡存储、时钟、串口通讯等模块；软件方面通过对ＳＴＭ３２嵌入式软件编程实现对探测器信号的ＡＤ读取，经运算得到甲烧浓度。服务器端设计有上位机软件并构建数据库，采集的数据经过ＧＰＲＳ模块上传至服务器端数据库，同时在本地ＳＤ卡存储．基于数据库构建了ｗｅｂ端。根据Ｗ上所述设计了甲晓气体在线监测系统。，对甲烧监测系统作了实验分析最后。首先进行了系统标定实验，包括零点标定及甲婉气体吸收实验，根据实验数据拟合了系统特性曲线；其次对系统性能进

8、行了测试实验，结果表明：设计的系统重复性与稳定性较好。通过对实验麦田现场监测实验，证明了该系统达到了农田现场监测的要求。关键词：红外吸收甲焼在线监测嵌入式系统ＩＡｂｓｔｒａｃｔＡＢＳＴＲＡＣＴＭｅｔｈａ打ｅ（