基于線陣CCD和FPGA干涉型甲烷測量儀的研究

【摘要】： 近年來,瓦斯事故在煤礦生產(chǎn)事故中所占比例越來越高,給礦工的生產(chǎn)生活帶來了極大的災(zāi)難,必須加強(qiáng)對(duì)瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控,避免瓦斯爆炸事故。因此對(duì)瓦斯氣體進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)檢測對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)有特別重要的意義。便攜式甲烷檢測報(bào)警儀是各國應(yīng)用最早最普遍的一種甲烷濃度檢測儀表,可隨時(shí)檢測作業(yè)場所的甲烷濃度,也可使用甲烷傳感器對(duì)甲烷濃度進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)地監(jiān)測。大體上當(dāng)前應(yīng)用的便攜式甲烷檢測儀器,按檢測原理分為光學(xué)甲烷檢測儀、熱導(dǎo)型甲烷檢測儀、熱催化型甲烷檢測報(bào)警儀、氣敏半導(dǎo)體式甲烷檢測儀等幾種。 光干涉甲烷檢測儀性能穩(wěn)定、使用壽命長,測量準(zhǔn)確,是我國煤礦主要的便攜式甲烷檢測儀器。但現(xiàn)有的光干涉甲烷檢測儀存在自動(dòng)化程度低、測量方法繁瑣、讀數(shù)不直觀,人為誤差較大、不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等缺點(diǎn)。為此本文在干涉型甲烷檢測儀實(shí)現(xiàn)的原理上提出利用線陣型電荷耦合器件(CCD)對(duì)干涉條紋進(jìn)行非接觸式的自動(dòng)測量,獲得條紋信息,通過CCD驅(qū)動(dòng)、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了干涉條紋位移的精確測量,由單片機(jī)對(duì)量化后的測量信號(hào)進(jìn)行智能處理,數(shù)字化顯示甲烷含量的測量結(jié)果。 光干涉甲烷檢測的關(guān)鍵是對(duì)干涉條紋中白基線以及黑色條紋位置的檢測,本設(shè)計(jì)采用線陣CCD成像獲取條紋信息判別其位置。CCD是一種性能獨(dú)特的半導(dǎo)體光電器件,近年來在攝像、工業(yè)檢測等科技領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。將CCD技術(shù)應(yīng)用于位置測量可以實(shí)現(xiàn)高精度和非接觸測量的要求;運(yùn)用FPGA實(shí)現(xiàn)CCD芯片的驅(qū)動(dòng)具有速度快、穩(wěn)定高等優(yōu)點(diǎn);模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)沒有采用專用存儲(chǔ)芯片進(jìn)行存儲(chǔ),而采用FPGA硬件開發(fā)平臺(tái)和Verilog HDL硬件描述語言編寫代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng),同時(shí)提高數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)度,既降低成本又提高了存儲(chǔ)效率。 本文設(shè)計(jì)的新系統(tǒng)使用方便、精度高、數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存,克服了傳統(tǒng)光干涉甲烷檢測儀的缺點(diǎn),技術(shù)指標(biāo)和功能都得到較大改善。 【關(guān)鍵詞】：光干涉 甲烷檢測 數(shù)據(jù)采集 電荷耦合器件 可編程門陣列
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH83
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題背景及國內(nèi)外研究的發(fā)展現(xiàn)狀8-11
• 1.2 傳統(tǒng)光干涉甲烷測量儀11-12
• 1.3 本論文主要工作和章節(jié)安排12-14
• 第二章 光干涉型甲烷檢測儀設(shè)計(jì)原理14-19
• 2.1 光干涉甲烷檢測儀應(yīng)用的光學(xué)原理14-17
• 2.2 光干涉甲烷檢測儀測量原理17-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 第三章 基于線陣CCD和FPGA的光干涉甲烷檢測儀設(shè)計(jì)19-41
• 3.1 非目測型光干涉甲烷檢測儀設(shè)計(jì)19-20
• 3.2 非目測型甲烷檢測儀系統(tǒng)構(gòu)架框圖20-21
• 3.3 CCD概述21-24
• 3.4 CCD驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證24-30
• 3.4.1 μPD3575D驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求24-25
• 3.4.2 CCD驅(qū)動(dòng)方法簡介25-27
• 3.4.3 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與仿真27-30
• 3.5 ADC選擇30-35
• 3.5.1 AD9235 的主要特點(diǎn)30-32
• 3.5.2 AD9235 的特性32-35
• 3.6 微控制器與數(shù)據(jù)采集模塊接口35-38
• 3.6.1 微控制器選擇35-37
• 3.6.2 與外部存儲(chǔ)器接口通信37-38
• 3.6.3 鍵盤接口38
• 3.7 電源模塊設(shè)計(jì)38-40
• 3.8 本章小結(jié)40-41
• 第四章 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證41-51
• 4.1 系統(tǒng)硬件電路的整體構(gòu)架41
• 4.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)41-45
• 4.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)思想41-43
• 4.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊硬件架構(gòu)及工作過程43-45
• 4.3 狀態(tài)機(jī)狀態(tài)驗(yàn)證45-50
• 4.3.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖45-46
• 4.3.2 狀態(tài)分析及驗(yàn)證46-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)51-58
• 5.1 應(yīng)用軟件功能模塊構(gòu)成51
• 5.2 軟件流程及算法51-57
• 5.2.1 軟件流程51-52
• 5.2.2 外接RAM接口軟件流程52-55
• 5.2.3 矩陣式鍵盤流程圖55-56
• 5.2.4 位置偏移的軟件算法56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 課題研究總結(jié)58
• 6.2 對(duì)未來發(fā)展的展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-62
• 參加科研情況說明62-63
• 致謝63

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

光干涉測量技術(shù)    徐德衍

光干涉彈性流體動(dòng)力潤滑試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)    李建朝，王玉國

大型望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)與研究    馬品仲

光干涉麻醉氣體檢測儀    李吉順,趙嘉訓(xùn),武繼民,馬增艷

材料泊松比的光干涉式測量    徐建元,王建國,肖鍵,閻學(xué)為

光干涉甲烷測定器測量結(jié)果的不確定度評(píng)定    徐婭,張杰

光干涉圖象微計(jì)算機(jī)輸入系統(tǒng)    張圣訓(xùn) ,許中元 ,吳燮華

太陽能光伏電池在建筑材料中的應(yīng)用    吳茂堂;劉向龍;賴銀輝;鄧永和;

浮動(dòng)端面密封環(huán)光干涉檢測的理論和應(yīng)用    陳荷友;

干涉法測量壓電材料復(fù)壓電常數(shù)e_（31）    高西漢，王旭升，陳堯生

JCB-C68A型多功能甲烷檢測報(bào)警儀的研制    劉剛?cè)A;高莊礦;卞廣清;

智能光干涉瓦斯檢測儀器的設(shè)計(jì)與研究    肖鳴;

基于光纖技術(shù)轉(zhuǎn)子表面高精度測量系統(tǒng)的研究    劉建鋒;袁贛南;周文君;郭秋芬;

基于光譜吸收及弱信號(hào)檢測理論的光纖氣體測量系統(tǒng)研究    吳希軍;王書濤;侯培國;鄭龍江;

彈流接觸區(qū)高壓潤滑油的移動(dòng)與壁面滑移    耿美香;郭峰;栗心明;

大氣中甲烷及有機(jī)物的分析    潘旭;

高壓下彈流油膜運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)觀察    栗心明;郭峰;黃柏林;

大氣中有機(jī)物的分析    潘旭;

OCT與眼底血管熒光造影對(duì)高度近視眼黃斑病變檢查的對(duì)照研究    龔頌建;林春堤;林嘉;吳愛玉;羅愛華;

人工關(guān)節(jié)滑液成膜特性的實(shí)驗(yàn)測量    李霞;沈萬輝;郭峰;

邯礦集團(tuán)郭礦公司 甲烷檢測報(bào)警儀除安全隱患    王志強(qiáng)

做企業(yè)的貼心人    秦海峰

海納百川 有容乃大    

澤州三大檢測中心助推經(jīng)濟(jì)發(fā)展    晁晉鋒

再次躍上80%臺(tái)階    記者 馮紅文

成都標(biāo)準(zhǔn)基線場填補(bǔ)西南地區(qū)無高精度基線場空白    崔耀宇

新型軟包裝防偽產(chǎn)品    中達(dá)

晉城煤礦計(jì)量監(jiān)管招法多    莫仁平

日本開發(fā)出多功能窗用玻璃    鴻遠(yuǎn)

監(jiān)督服務(wù) 花開兩朵碩果豐    

全內(nèi)反射光開關(guān)列陣與多模光干涉器的集成化研究    尹銳

基于光譜吸收的瓦斯檢測技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究    吳希軍

光彈流潤滑實(shí)驗(yàn)中智能速度伺服控制的研究與應(yīng)用    姜培剛

基于吸收光譜法的光纖氣體傳感器及傳感網(wǎng)絡(luò)    余貺琭

光干涉圖像的濾波和骨架化算法研究    李艷華

基于線陣CCD和FPGA干涉型甲烷測量儀的研究    張培源

天文光干涉與光學(xué)綜合孔徑圖像重構(gòu)技術(shù)研究    張仙玲

旋滾條件下彈性流體動(dòng)力潤滑的研究    范波

光學(xué)數(shù)字一體式甲烷檢定器研發(fā)    黃俊杰

熱壓印納米結(jié)構(gòu)在化學(xué)纖維結(jié)構(gòu)顯色上的應(yīng)用和研究    史文靜

基于MiniGUI的礦用紅外甲烷檢測裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    馬靜

新型全光纖OCT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)采集    盧萍

二維六角結(jié)構(gòu)全息顯示屏的研究    張海

瓦斯氣體濃度光電檢測系統(tǒng)的研究    李冬梅

基于光纖衰蕩腔的甲烷氣體傳感系統(tǒng)研究    孫順根