单片机控制的光声光谱气体检测系统的设计

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摘要:根据HITRAN数据库中甲烷分子近红外吸收谱线,选用波长1651nm二极管激光器作为光源,研制了一种新型近红外
2 G* V8 ]! D* \$ m, h: T光声光谱甲烷气体浓度检测系统。以单片机AT89C52为核心处理器,融合了模/数转换电路、通信电路显示电路、看门狗监
控电路等组合技术，可进行声、光报警,具有通信功能。实验表明,该系统的稳定性和灵敏性都大大提高,实现了对甲烷浓度
的检测和显示,检测的灵敏度为1460 ppm/m。在煤矿瓦斯监测、大气环保监测、天然气泄漏监测等方面都具有广泛的应
. q/ D1 A9 U0 F) c, g3 q5 @用前景。
6 i6 q' ^' K$ H关键词:光声光谱;甲烷;气体;单片机;近红外光声光谱
% v" p  e1 x9 R# R: [$ P: _引言
利用光声光谱法检测气体- - 直是研究的热点。光声光谱法
: P# ^# M  ^+ W5 `4 \( k是一种新的简单、灵敏而又不破坏样品的分析测试手段。它的
基本原理是基于1880年,美国科学家,贝尔电话公司的创始人
Bell发现的光声效应。Viegeroy 第- - 次实现了光声光谱技术在
$ H1 R1 N& u7 r+ S" k# `气体光谱分析中的应用,接着在1943年Luft就使用红外光谱
/ q: ?! \. h* i& _0 B带光源测得了微量气体的吸收谱,灵敏度达到ppm量级。20世
纪70年代声随着弱信号检测技术的不断积累和发展，高灵敏度
微音器和压电陶瓷的出现,以及各种激光器的相继问世,光声技
术得到广泛的重视,尤其在微量气体检测方面,光声技术获得了
$ W0 X# u, Y/ M9 i: s广泛的研究和发展。近几年人们注意到在天然气煤气管道泄漏,
大气环境，燃烧过程控制、食品工业、呼吸诊断以及故障预警等
领域对甲烷浓度监测的重要性。尤其在煤炭矿井中,甲烷是瓦
斯气体的主要成分。由于瓦斯气体是一-种可燃 、可爆性气体,严
重威胁到煤矿作业人员的生命安全,影响矿井的正常生产,是煤
矿中重大自然灾害的根源之一。因此,对甲烷浓度的相关信息
  [1 U) V' H3 [/ N& s检测在化工生产、石油运输等其它工业,尤其在煤炭开采中极
  ~7 s6 n9 X3 N# G+ @为重要,乃至现在的新技术革命带头学科如生物科学、微电子
; x, m& B8 E- H4 p) B' F  U+ R学、新型材料等领域均有着越来越广泛的应用。
5 a( q% u$ J' P* i1 g6 O本文研究的是基于单片机控制的监测甲烷气体浓度的光声
6 ?2 @6 s6 D8 j光谱系统,以单片机AT89C52为核心处理器利用甲烷分子能
吸收特定波长的红外线来测定甲烷浓度。该系统可实现在线,

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高灵敏度微音器和压电陶瓷的出现,以及各种激光器的相继问世,光声技术得到广泛的重视