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三波段红外火焰探测器的研究与开发
作 者: 袁积德
导 师: 黄文君
学 校: 浙江大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 三波段红外火焰探测 火焰识别算法 灵敏度 可靠性 原型样机
分类号: TH89
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
先进的火灾探测技术对保证石油化工场所的安全生产具有十分重要的意义。国内现有的火灾探测器存在响应时间长、灵敏度低、探测可靠性低等缺点,难以满足复杂工业生产现场的苛刻要求。本文研究和开发了新型三波段红外火焰探测器,重点解决上述问题:首先,提出了三波段红外火焰探测方案。基于对火焰辐射光谱、人工热源和背景辐射光谱的深入研究,确立了火焰、人工热源干扰和背景辐射干扰的三个红外传感器监测波段。通过探测火灾早期物质燃烧的红外辐射信号特征,缩短了探测响应时间。通过获取和分析干扰信息特征,提高系统抗干扰能力。根据火焰闪烁频率筛选真实火焰信号,提高探测可靠性。其次,设计了高灵敏度三波段火焰识别算法。三波段辐射信号强度因探测距离增加而衰减,而逻辑关系却相对稳定。通过分析三个波段辐射强度之间的逻辑关系,判别红外辐射源的类型,区分火焰和其它红外辐射信号,使得火焰信号的有效探测距离大大增加,极大地提高了火焰探测灵敏度。最后,以DSP为核心,提出了三波段红外火焰探测器的软硬件设计方案。但由于时间有限,目前仅开发了系统原型样机,在样机上对探测距离、抗干扰能力进行了测试。测试结果表明样机性能指标较好,但相对国外先进火焰探测系统尚存在一定差距。通过采用性能更优的红外传感器、设计更优的硬件电路和红外光学透镜系统,可以进一步提高系统的总体探测性能。
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全文目录
致谢 5-6 摘要 6-7 ABSTRACT 7-8 目录 8-10 第一章 绪论 10-20 1.1 课题研究背景和意义 10-15 1.1.1 国内现有火灾探测器 10-13 1.1.2 单波段红外火焰探测器 13 1.1.3 双波段红外火焰探测器 13-15 1.2 国外火焰探测器主要研究技术及发展现状 15-17 1.3 国内火焰探测器主要研究技术及发展现状 17-19 1.4 本课题主要研究内容 19-20 第二章 红外火焰探测原理及燃烧特性分析 20-30 2.1 三波段红外火焰探测原理分析 20-21 2.2 火焰辐射光谱分析 21-25 2.2.1 燃烧气体产物红外光谱特性分析 22-25 2.2.2 火焰监测波段的选取 25 2.2.3 火焰闪烁频率研究 25 2.3 干扰辐射光谱分析 25-29 2.3.1 人工热源辐射光谱分析 26-27 2.3.2 太阳辐射光谱分析 27-28 2.3.3 人工光源辐射光谱分析 28-29 2.3.4 参考监测波段的选取 29 本章小结 29-30 第三章 三波段红外火焰探测系统总体设计 30-34 3.1 三波段红外火焰探测器物理结构 30-31 3.2 系统模块分析 31-33 3.2.1 红外三波段检测模块 31-32 3.2.2 信号整形模块 32 3.2.3 处理器模块 32-33 本章小结 33-34 第四章 三波段火焰识别算法设计与仿真 34-50 4.1 三波段火焰识别算法设计 34-37 4.1.1 监测波段信号分析 34-35 4.1.2 信号平均功率计算 35-36 4.1.3 火焰识别判据 36-37 4.2 三波段火焰识别算法仿真 37-49 4.2.1 算法参数选定 38-39 4.2.2 算法识别判据仿真 39-48 4.2.3 重复性验证 48-49 本章小结 49-50 第五章 三波段红外火焰探测器样机设计与测试 50-76 5.1 三波段红外火焰探测器硬件总体设计 50-51 5.2 传感器部件设计 51-55 5.2.1 热释电红外传感器工作原理分析 51-52 5.2.2 钽酸锂热释电红外传感器内部结构分析 52-53 5.2.3 红外光学透镜设计 53-55 5.3 信号预处理电路设计 55-56 5.4 放大滤波电路设计 56-58 5.4.1 放大电路设计 57 5.4.2 巴特沃斯带通滤波器设计 57-58 5.5 处理器模块设计 58-61 5.6 电源管理模块设计 61-63 5.7 RS-485通讯接口设计 63-65 5.8 4.20mA电流输出接口设计 65-66 5.9 三波段红外火焰探测器软件设计 66-68 5.9.1 TMS320F2802启动流程分析 66-68 5.9.2 系统应用程序设计 68 5.10 软件子模块设计 68-71 5.10.1 事件管理器 69 5.10.2 A/D转换器 69-71 5.10.3 SCI串行通信接口 71 5.11 样机性能测试 71-75 5.11.1 探测灵敏度测试 72-73 5.11.2 抗干扰能力测试 73-74 5.11.3 测试结果分析 74-75 本章小结 75-76 第六章 总结与展望 76-78 6.1 工作总结 76-77 6.2 工作展望 77-78 参考文献 78-82 作者简介 82 作者在攻读硕士学位期间参与的科研成果 82
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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 其他仪器仪表
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