基于火灾烟雾的光学在线检测系统设计

论文摘要

火灾烟雾浓度是火灾科学研究的一个重要研究参数。火灾烟雾浓度的准确测量对于火灾预警,火灾烟雾测量及装潢材料安全评估都有极大的意义。针对这一长期以来的需求,本文在认真研究国家有关火灾烟雾浓度测量的标准,及查阅参考大量国内外文献的基础上,总结了烟雾测量仪器的相关参数及研制要求。并在此基础上研制了火灾烟雾浓度光学在线检测系统,该系统利用消光原理并通过合理的光路机械结构及电路设计,采用双光路测量方式,有效避免由单光路测量系统带来的较大误差。采用交替比较的测量原理,即分参考光路和测量光路分时交替测量,可以有效地消除由激光光源、电路系统和光电探测器自身不稳定因素带来的影响。本系统在信号处理电路设计上,通过对信号电路的各个部分包括前置放大器、仪表放大器、模数转换电路及低通滤波器等深入分析与计算,使得信号处理电路的线性度、工作带宽和抗干扰性得到较好的实现。本测量系统的特点如下：采用了自动化的光衰减片更换系统,有利于测量系统的自校正；采用了半导体激光器做探测光源,价格低廉有效降低了成本；采用的光电探测器工作波长范围为530m-850nm,故在探测器工作范围内可灵活更换激光光源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的目的与意义
• 1.2 火灾烟雾探测器的研究与分类
• 1.2.1 火灾烟雾探测器的工作原理
• 1.2.2 火灾烟雾探测器的分类
• 1.3 光谱测量技术的发展及现状
• 1.4 火灾烟雾测量系统介绍
• 1.5 课题主要工作及内容
• 第2章 测量系统分析
• 2.1 辐射光通量的幅度检测方法
• 2.1.1 单通道测量方法
• 2.1.2 双通道测量方法
• 2.2 测量理论分析
• 2.2.1 朗伯-比尔定律
• 2.2.2 本系统测量光路原理及构成介绍
• 2.3 数据采集系统设计
• 2.3.1 数据采集系统
• 2.3.2 数据采集系统的干扰来源及采取措施
• 2.3.3 常用软件滤波方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 光学系统设计及器件选型
• 3.1 光电传感器
• 3.1.1 光电探测器性能及使用要点
• 3.1.2 光电探测器的参数
• 3.1.3 光伏效应及光伏探测器原理
• 3.1.4 光电池工作原理及特点
• 3.2 激光光源
• 3.3 准直扩束镜
• 3.4 半反半透镜
• 3.5 直角棱镜
• 3.6 斩波器
• 3.7 调制盘
• 3.8 光阑
• 3.9 反射镜
• 3.10 透镜
• 3.11 本章小结
• 第4章 硬件电路系统设计
• 4.1 系统硬件电路介绍
• 4.2 探测器件
• 4.3 前置放大电路
• 4.3.1 电流放大电路的工作原理
• 4.3.2 电流转换电路稳定性分析及处理
• 4.3.3 电流电压转换电路
• 4.4 差分放大电路
• 4.5 低通滤波器
• 4.6 电压跟随器
• 4.7 模数转换
• 4.8 RS232串口通信
• 4.9 步进电机
• 4.10 本章小结
• 第5章 软件设计
• 5.1 上位机软件设计
• 5.2 微处理器
• 5.3 模数转换
• 5.4 RS232串口通信
• 5.5 步进电机驱动
• 5.5.1 驱动控制系统组成
• 5.5.2 本系统选用电机
• 5.5.3 步进电机控制软件设计
• 5.6 本章小结
• 第6章 实验及数据分析
• 6.1 数据采集系统上位机软件
• 6.2 测量系统数据计算方法
• 6.3 系统实验
• 6.3.1 测量系统零点的长期漂移测试
• 6.3.2 采用衰减片检验系统准确性
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢