【正文】 煤礦。參考文獻(xiàn)[1] 吳炳勝．80C51單片機(jī)原理與應(yīng)用．北京：冶金工業(yè)出版社，2001．[2] 楊志亮．Protel99 SE電路原理圖設(shè)計(jì)技術(shù)．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001．[3] 胡偉，季曉衡．單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例．北京：人民郵電出版社，2003．[4] 張培仁．基于C語(yǔ)言編程MCS51單片機(jī)原理與應(yīng)用．北京：清化大學(xué)出版社，2003．[5] 周捷．有毒可燃?xì)怏w報(bào)警器原理及設(shè)計(jì)[J]．科技信息，2008，5(1)：2428．附錄礦用智能紅外一氧化碳檢測(cè)儀的研究劉中奇, 王汝琳 ( 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū),北京 100083)摘要:用紅外技術(shù)檢測(cè)一氧化碳(CO)濃度,由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中智能控制和處理。在整個(gè)畢業(yè)論文的寫(xiě)作當(dāng)中，我對(duì)一氧化碳有了更加深刻的了解，同時(shí)也了解到它的危害性。由此一種帶有濕度、溫度同步修正, 同時(shí)顯示的新型智能CO報(bào)警器, 正在積極的研制之中。 調(diào)試和結(jié)果 采用如圖35所示電路實(shí)現(xiàn)的CO報(bào)警器, 由于MOTOROLA MGS1100傳感器具有的低功耗、穩(wěn)定性好、靈敏度高的特點(diǎn)。 只要預(yù)先記錄60ppm、100ppm、200ppm、400ppm在25176。Rs (X, 25)，即Rs (X, 25) = Rs (X, T )/ a，其中R s (X, 25)為在一定CO 濃度下(Xppm) 和25176。 通常傳感器MGS1100不但受環(huán)境溫度的影響, 而且在一定溫度下, 它的靈敏度輸出特性也是非線性的。通常設(shè)定在1V的915s時(shí)刻對(duì)MGS1100的CO濃度傳感器進(jìn)行采樣, 同時(shí)對(duì)溫度傳感器采樣,采集當(dāng)時(shí)環(huán)境的溫度值, 實(shí)時(shí)進(jìn)行傳感器溫度校正。而+ 6V電壓主要用來(lái)提供給報(bào)警電路和CO傳感器的加熱元件部分的電源。 調(diào)試結(jié)果證明, 符合器件工作狀態(tài)的要求。其功能要求根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定如表31所示。(由于在探測(cè)60ppm以上的CO濃度時(shí), 環(huán)境濕度的變化對(duì)CO傳感器特性的影響較小, 故忽略對(duì)傳感器MGS1100的濕度修正)。若要得到重復(fù)性較好的CO濃度測(cè)量,應(yīng)在低溫段的適當(dāng)時(shí)刻對(duì)RS 進(jìn)行測(cè)量。其中在大約400176。通常加熱器及SnO2層的溫度與加熱電壓VH 、加熱電流IM 有關(guān)。 器件的結(jié)構(gòu)原理 MOTOROLA 一氧化碳(CO) 傳感器MGS1100 是一種新型的專(zhuān)門(mén)用于家庭的CO氣體檢測(cè)器。 溫度調(diào)制模式對(duì)傳感器選擇性的改善程度起著決定性的作用，溫度調(diào)制模式主要由調(diào)制波形、調(diào)制頻率、調(diào)制溫度的幅度以及偏移量等幾個(gè)參數(shù)決定，而迄今為止，氣體傳感器的溫度調(diào)制模式的選擇仍處于試錯(cuò)研究階段，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)根據(jù)實(shí)際情況考察適用的溫度調(diào)制模式，其中正弦溫度調(diào)制模式使用最多。對(duì)于多成分氣體的識(shí)別和量化技術(shù)，目前較成功的方法是將各個(gè)濃度的氣體設(shè)定為一種模式，根據(jù)氣體傳感器陣列的響應(yīng)特征對(duì)各種模式進(jìn)行識(shí)別，要識(shí)別的模式數(shù)目依賴(lài)于量化的精確程度。 Clifford引入了半導(dǎo)體勢(shì)壘模型來(lái)分析傳感器受溫度的影響[39]，并討論了CO，O2等在材料表面的化學(xué)吸附和反應(yīng)機(jī)理，對(duì)傳感器的遲滯現(xiàn)象進(jìn)行了定性的解釋。C4200176。 信號(hào)處理方法 溫度調(diào)制擴(kuò)展了氣體傳感器在時(shí)間上的響應(yīng)信號(hào)，因此其信號(hào)處理方法主要包括了與時(shí)間頻率信號(hào)處理有關(guān)的快速傅立葉變換(FFT)以及離散小波變換(DWT)方法，通過(guò)FFT或DWT，提取與氣體有關(guān)的特征信號(hào)，再結(jié)合陣列信號(hào)處理方法對(duì)氣體模式進(jìn)行識(shí)別和量化。于鵬等采用高低溫加熱控制下的4個(gè)傳感器組成陣列用于白酒的識(shí)別。C,2002500176。C左右。 由于燒結(jié)型傳感器以及厚膜傳感器的加工工藝比較成熟，產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入或即將進(jìn)入市場(chǎng)，產(chǎn)品的可靠性和靈敏度有一定保證，因而它們也成為溫度調(diào)制技術(shù)的主要研究對(duì)象，如Figaro公司的TGS813, TGS2611等型號(hào)傳感器。原因有三:1)由于不同氣體對(duì)溫度的依賴(lài)特性不同，周期性溫度調(diào)制總能控制傳感器針對(duì)不同氣體給出典型曲線；2)低溫時(shí)傳感器對(duì)氣體的不完全響應(yīng)有累積效應(yīng)，高溫則具有清洗作用；3)在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)某種氣體總有一個(gè)最高靈敏度工作溫度點(diǎn)，因而可以提高傳感器的靈敏度。 溫度調(diào)制的一個(gè)最簡(jiǎn)單方式就是控制傳感器的加熱電壓時(shí)通時(shí)斷，1992年，[32]將Figaro氣體傳感器控制在脈沖加熱電壓下，傳感器首先在SV加熱電壓下預(yù)熱，當(dāng)響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)，斷開(kāi)加熱電壓，監(jiān)測(cè)傳感器的響應(yīng)信號(hào)，再開(kāi)啟SV加熱電壓，依次周期性控制，脈沖電壓的周期為60s。氣體傳感器對(duì)溫度依賴(lài)的一個(gè)重要現(xiàn)象為傳感器在升溫和降溫時(shí)的滯回現(xiàn)象。金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的氣敏特性受器件溫度的影響和控制，在不同工作溫度范圍內(nèi)對(duì)不同氣體的響應(yīng)有所不同。無(wú)論是何種問(wèn)題，都需要一些先驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本完成模型的構(gòu)建，最終模型的好壞需要通過(guò)一些新的數(shù)據(jù)樣本來(lái)說(shuō)明驗(yàn)證。SOM是一種能夠產(chǎn)生拓?fù)浞植冀Y(jié)構(gòu)的互連接技術(shù)，通常是一個(gè)二維的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，首先通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制選擇網(wǎng)格中與數(shù)據(jù)樣本最近的神經(jīng)元及其附近的神經(jīng)元并激活，調(diào)整其在二維網(wǎng)格中的坐標(biāo)使得它們更接近于數(shù)據(jù)樣本[27]。樹(shù)狀圖法可以通過(guò)自底向上的凝聚算法或者自頂向下的分裂算法形成。與PCR不同，PLS依次尋找各傳感器與混合氣體濃度之間的最大相關(guān)性。因此在矩陣分析中引入偽逆來(lái)解決這一問(wèn)題.(23) S+為S的偽逆，S+S=I，上式為正規(guī)的二乘估計(jì)算法。ε為均值0,方差為s20的不可觀測(cè)的隨機(jī)變量，稱(chēng)為誤差項(xiàng)。最小二乘法是以線性回歸模型為基礎(chǔ)的[23]，仍以圖22為例，使用一由n個(gè)傳感器組成的陣列檢測(cè)m種氣體組成的混合氣體，采用氣敏電阻的分?jǐn)?shù)電導(dǎo)作為傳感器的輸出向量，記為s=[s1，s2188。 yk(t)]為混合氣體濃度向量[c1(t)，c2(t)，188。電子鼻領(lǐng)域中的回歸問(wèn)題主要包括三種：混合氣體分析(被估計(jì)變量為混合氣體中各成分的濃度)、工藝監(jiān)控(被估計(jì)變量為工藝參數(shù))和嗅感分析(被估計(jì)變量為香、臭等感覺(jué)程度)。RBF是一種典型的局部逼近網(wǎng)絡(luò)，其神經(jīng)元的輸入為輸入矢量與權(quán)值矢量的距離乘以閩值，神經(jīng)元變換函數(shù)為高斯函數(shù)。KNN是一種非線性分類(lèi)器，對(duì)y進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，通過(guò)尋找數(shù)據(jù)集中最相近的k個(gè)樣本并選出這k個(gè)樣本的主導(dǎo)類(lèi)作為y的類(lèi)別。分類(lèi)器的設(shè)計(jì)也主要是為了得到P(y|wi)的估計(jì)值。 wc)中的哪一種氣味wi，減小誤分類(lèi)率也就是要使得樣本y屬于類(lèi)wi的概率代P(wi|y)最大，即最大后驗(yàn)概率法則[19]，通常使用貝葉斯公式求解。 模式分類(lèi)，識(shí)別和量化 電子鼻實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要功能是對(duì)不同的氣味(體)進(jìn)行分類(lèi)和識(shí)別。N(NM)，使得y能夠代表x的絕大多數(shù)信息。194。GutierrezOsuna[16]對(duì)8種搜索技術(shù)進(jìn)行了比較，結(jié)論是各種搜索算法的性能相似。常用的選擇方法為順序搜索法，從集合內(nèi)參數(shù)為0，逐漸增加參數(shù)數(shù)目的 方法為前向搜索法；從全部特征組成參數(shù)集合開(kāi)始逐漸減少參數(shù)數(shù)目的方法為后向搜索法。特征是直接從傳感器的原始信號(hào)提取出來(lái)的參數(shù)，各特征之間相互關(guān)聯(lián)，由于交叉敏感的影響，各傳感器之間也相互關(guān)聯(lián)，因此這樣一個(gè)原始的特征參數(shù)集是一個(gè)富含冗余信息的高維向量。上述基線的處理方法僅是對(duì)氣體傳感器信號(hào)的簡(jiǎn)單處理，基線漂移的抑制是氣體傳感器領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究問(wèn)題。 圖21 微熱板式氣體傳感器的單臂電橋測(cè)量電路 傳感器的描述信號(hào)可用電壓信號(hào)(V)、電阻信號(hào)(R)和電導(dǎo)信號(hào)(G)等物理量表示，三個(gè)物理量互相關(guān)聯(lián)，電阻和電導(dǎo)互為倒數(shù)，其中電壓信號(hào)受串聯(lián)電阻的影響，在量程大且需更改串聯(lián)電阻的情況下不宜使用。 對(duì)這一技術(shù)的研究，從氣體傳感器陣列和電子鼻的概念提出后，就一直都沒(méi)有間斷過(guò)。 第2章 一氧化碳傳感器 信號(hào)處理技術(shù) 一氧化碳報(bào)警器主要由氣體傳感器和報(bào)警電路組成，而其性能的好壞又取決于氣體傳感器，因此，氣體傳感器所采用技術(shù)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，下面我們重點(diǎn)分析在一氧化碳傳感器中所采用的信號(hào)處理技術(shù)。 利用CO氣體近紅外吸收機(jī)理，研究了一種光譜吸收型光纖CO氣體傳感器，106[10]。C時(shí)，在SnO2中摻雜2%的Pt時(shí)，傳感器對(duì)CO具有最大的敏感度。 對(duì)CO氣體檢測(cè)的適用方法有比色法、半導(dǎo)體法、紅外吸收探測(cè)法、電化學(xué)氣體傳感器檢測(cè)法等。電位型是利用電極電勢(shì)和氣體濃度之間的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量；電流型采用極限電流原理，利用氣體通過(guò)薄層透氣膜或毛細(xì)孔擴(kuò)散作為限流措施，獲得穩(wěn)定的傳質(zhì)條件，產(chǎn)生正比于氣體濃度或分壓的極限擴(kuò)散電流。電容式氣體傳感器則是根據(jù)敏感材料吸附氣體后其介電常數(shù)發(fā)生改變導(dǎo)致電容變化的原理而設(shè)計(jì)。氣體傳感器主要有半導(dǎo)體傳感器（電阻型和非電阻型）、絕緣體傳感器（接觸燃燒式和電容式）、電化學(xué)式（恒電位電解式、伽伐尼電池式），還有紅外吸收型、石英振蕩型、光纖型、熱傳導(dǎo)型、聲表面波型、氣體色譜法等[5]?，F(xiàn)在各國(guó)研究主要針對(duì)的是有毒性氣體和可燃燒性氣體，研究的主要方向是如何提高傳感器的敏感度和工作性能、惡劣環(huán)境中的工作時(shí)間以及降低成本和智能化等。雖然確定的煤層自然發(fā)火期是36個(gè)月，但實(shí)際生產(chǎn)中常常出現(xiàn)一些預(yù)料之外的事例：掘進(jìn)工作面后巷幾十米處高頂就有CO氣體出現(xiàn)；炮采工作面剛開(kāi)采，短期內(nèi)上隅角就檢測(cè)出CO氣體:綜放面每月推進(jìn)60m左右，其支架頂部煤體中仍能查出高濃度(%)的CO氣體成份。在煤礦井下，CO的來(lái)源一般是由于煤自熱或自燃產(chǎn)生的。當(dāng)溫度異常時(shí)，首先出現(xiàn)CO，隨溫度增高，出現(xiàn)HZ，然后是CZH4緊接著是C3H6，最后出現(xiàn)C2H2和其他氣體[2]。測(cè)溫法是發(fā)現(xiàn)煤炭自熱和探尋高溫點(diǎn)及火源的最直接、最可靠的方法，但煤體內(nèi)部溫度的測(cè)溫技術(shù)尚未完全解決，目前僅作為掌握自燃動(dòng)態(tài)、確定自燃區(qū)位置的一種有效的補(bǔ)充手段[1]。因此，很容易致人中毒。 CO是燃料不完全燃燒產(chǎn)生的污染物，若沒(méi)有室內(nèi)燃燒污染源，室內(nèi)CO濃度與室外是相同的。無(wú)自覺(jué)癥狀，、疲倦、惡性、頭暈等感覺(jué)， 700mg/m3時(shí)發(fā)生心悸亢進(jìn)，并伴隨有虛脫危險(xiǎn)，1250 mg/m3時(shí)出現(xiàn)昏睡，痙攣而死亡。 研究的目的和意義 空氣中的一氧化碳為無(wú)色、無(wú)味氣體。根據(jù)MGS1100芯片的結(jié)構(gòu)及工作模式，設(shè)計(jì)了報(bào)警器電路，并對(duì)報(bào)警器的控制軟件進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，最后完成了對(duì)一氧化碳報(bào)警器的調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明該報(bào)警器是可以在實(shí)際中使用。對(duì)于一氧化碳傳感器的信號(hào)處理方法，主要介紹了快速傅立葉變換方法(FFT)和離散小波變換方法(DWT)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本文主要對(duì)一氧化碳報(bào)警器的原理進(jìn)行了分析，其中重點(diǎn)分析了一氧化碳傳感器探測(cè)信號(hào)的模式分類(lèi)及識(shí)別，其原理是采用溫度調(diào)制模式，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，采用貝葉斯公式對(duì)各模式進(jìn)行識(shí)別。同時(shí)對(duì)MGS1100傳感器的結(jié)構(gòu)及工作模式進(jìn)行了介紹。 senso目錄 摘要……………………………………………………………Abstract………………………………………………………第1章 緒論……………………………………………………1 研究的目的和意義………………………………………1 一氧化碳報(bào)警器的發(fā)展?fàn)顩r……………………………第2章 一氧化碳傳感器信號(hào)處理技術(shù)……………………… 氣體傳感器陣列信號(hào)處理技術(shù)………………………… 信號(hào)預(yù)處理……………………………………… 模式分類(lèi)，識(shí)別和量化…………………………… 氣體傳感器溫度調(diào)制及信號(hào)處理技術(shù)……… 溫度調(diào)制模式…………………………………… 信號(hào)處理方法……………………………………… 存在的問(wèn)題………………………………………… 本章小結(jié)………………………………………………第3章 一氧化碳報(bào)警器的設(shè)計(jì)………………………… 器件的結(jié)構(gòu)原理………………………………………… 器件的工作模式……………………………………… 一氧化碳報(bào)警器的設(shè)計(jì)………………………………… 電路原理………………………………………………… 控制過(guò)程………………………………………………… 對(duì)于溫度變化的特性處理(假設(shè)CO的濃度為60ppm) CO線性濃度分析……………………………………… 調(diào)試和結(jié)果……………………………………………… 本章小結(jié)…………………………………………………結(jié)論……………………………………………………………致謝……………………………………………………………參考文獻(xiàn)………………………………………………………附錄…………………………………………………………… 第1章 緒論 課題背景 隨著工業(yè)的發(fā)展和汽車(chē)尾氣的大量排放，空氣遭到了嚴(yán)重的污染，因此對(duì)大氣中有毒氣體的監(jiān)測(cè)也成為人們關(guān)心的一個(gè)主要問(wèn)題，而大氣