【正文】 煤礦。參考文獻[1] 吳炳勝．80C51單片機原理與應用．北京：冶金工業(yè)出版社，2001．[2] 楊志亮．Protel99 SE電路原理圖設計技術(shù)．西安：西北工業(yè)大學出版社，2001．[3] 胡偉，季曉衡．單片機C程序設計及應用實例．北京：人民郵電出版社，2003．[4] 張培仁．基于C語言編程MCS51單片機原理與應用．北京：清化大學出版社，2003．[5] 周捷．有毒可燃氣體報警器原理及設計[J]．科技信息，2008，5(1)：2428．附錄礦用智能紅外一氧化碳檢測儀的研究劉中奇, 王汝琳 ( 中國礦業(yè)大學北京校區(qū),北京 100083)摘要:用紅外技術(shù)檢測一氧化碳(CO)濃度,由單片機實現(xiàn)系統(tǒng)的集中智能控制和處理。在整個畢業(yè)論文的寫作當中，我對一氧化碳有了更加深刻的了解，同時也了解到它的危害性。由此一種帶有濕度、溫度同步修正, 同時顯示的新型智能CO報警器, 正在積極的研制之中。 調(diào)試和結(jié)果 采用如圖35所示電路實現(xiàn)的CO報警器, 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。 只要預先記錄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。通常設定在1V的915s時刻對MGS1100的CO濃度傳感器進行采樣, 同時對溫度傳感器采樣,采集當時環(huán)境的溫度值, 實時進行傳感器溫度校正。而+ 6V電壓主要用來提供給報警電路和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)有關標準設定如表31所示。(由于在探測60ppm以上的CO濃度時, 環(huán)境濕度的變化對CO傳感器特性的影響較小, 故忽略對傳感器MGS1100的濕度修正)。若要得到重復性較好的CO濃度測量,應在低溫段的適當時刻對RS 進行測量。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。 器件的結(jié)構(gòu)原理 MOTOROLA 一氧化碳(CO) 傳感器MGS1100 是一種新型的專門用于家庭的CO氣體檢測器。 溫度調(diào)制模式對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研究階段，依據(jù)經(jīng)驗根據(jù)實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。對于多成分氣體的識別和量化技術(shù)，目前較成功的方法是將各個濃度的氣體設定為一種模式，根據(jù)氣體傳感器陣列的響應特征對各種模式進行識別，要識別的模式數(shù)目依賴于量化的精確程度。 Clifford引入了半導體勢壘模型來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吸附和反應機理，對傳感器的遲滯現(xiàn)象進行了定性的解釋。C4200176。 信號處理方法 溫度調(diào)制擴展了氣體傳感器在時間上的響應信號，因此其信號處理方法主要包括了與時間頻率信號處理有關的快速傅立葉變換(FFT)以及離散小波變換(DWT)方法，通過FFT或DWT，提取與氣體有關的特征信號，再結(jié)合陣列信號處理方法對氣體模式進行識別和量化。于鵬等采用高低溫加熱控制下的4個傳感器組成陣列用于白酒的識別。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)進入或即將進入市場，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)的主要研究對象，如Figaro公司的TGS813, TGS2611等型號傳感器。原因有三:1)由于不同氣體對溫度的依賴特性不同，周期性溫度調(diào)制總能控制傳感器針對不同氣體給出典型曲線；2)低溫時傳感器對氣體的不完全響應有累積效應，高溫則具有清洗作用；3)在這個溫度范圍內(nèi)，對應某種氣體總有一個最高靈敏度工作溫度點，因而可以提高傳感器的靈敏度。 溫度調(diào)制的一個最簡單方式就是控制傳感器的加熱電壓時通時斷，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加熱電壓下預熱，當響應穩(wěn)定時，斷開加熱電壓，監(jiān)測傳感器的響應信號，再開啟SV加熱電壓，依次周期性控制，脈沖電壓的周期為60s。氣體傳感器對溫度依賴的一個重要現(xiàn)象為傳感器在升溫和降溫時的滯回現(xiàn)象。金屬氧化物半導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)對不同氣體的響應有所不同。無論是何種問題，都需要一些先驗數(shù)據(jù)作為訓練樣本完成模型的構(gòu)建，最終模型的好壞需要通過一些新的數(shù)據(jù)樣本來說明驗證。SOM是一種能夠產(chǎn)生拓撲分布結(jié)構(gòu)的互連接技術(shù)，通常是一個二維的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，首先通過競爭機制選擇網(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)格中的坐標使得它們更接近于數(shù)據(jù)樣本[27]。樹狀圖法可以通過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性。因此在矩陣分析中引入偽逆來解決這一問題.(23) S+為S的偽逆，S+S=I，上式為正規(guī)的二乘估計算法。ε為均值0,方差為s20的不可觀測的隨機變量，稱為誤差項。最小二乘法是以線性回歸模型為基礎的[23]，仍以圖22為例，使用一由n個傳感器組成的陣列檢測m種氣體組成的混合氣體，采用氣敏電阻的分數(shù)電導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。電子鼻領域中的回歸問題主要包括三種：混合氣體分析(被估計變量為混合氣體中各成分的濃度)、工藝監(jiān)控(被估計變量為工藝參數(shù))和嗅感分析(被估計變量為香、臭等感覺程度)。RBF是一種典型的局部逼近網(wǎng)絡，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是一種非線性分類器，對y進行分類時，通過尋找數(shù)據(jù)集中最相近的k個樣本并選出這k個樣本的主導類作為y的類別。分類器的設計也主要是為了得到P(y|wi)的估計值。 wc)中的哪一種氣味wi，減小誤分類率也就是要使得樣本y屬于類wi的概率代P(wi|y)最大，即最大后驗概率法則[19]，通常使用貝葉斯公式求解。 模式分類，識別和量化 電子鼻實現(xiàn)的一個重要功能是對不同的氣味(體)進行分類和識別。N(NM)，使得y能夠代表x的絕大多數(shù)信息。194。GutierrezOsuna[16]對8種搜索技術(shù)進行了比較，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提取出來的參數(shù)，各特征之間相互關聯(lián)，由于交叉敏感的影響，各傳感器之間也相互關聯(lián)，因此這樣一個原始的特征參數(shù)集是一個富含冗余信息的高維向量。上述基線的處理方法僅是對氣體傳感器信號的簡單處理，基線漂移的抑制是氣體傳感器領域中的一個重要研究問題。 圖21 微熱板式氣體傳感器的單臂電橋測量電路 傳感器的描述信號可用電壓信號(V)、電阻信號(R)和電導信號(G)等物理量表示，三個物理量互相關聯(lián)，電阻和電導互為倒數(shù)，其中電壓信號受串聯(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，就一直都沒有間斷過。 第2章 一氧化碳傳感器 信號處理技術(shù) 一氧化碳報警器主要由氣體傳感器和報警電路組成，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)是整個系統(tǒng)的關鍵，下面我們重點分析在一氧化碳傳感器中所采用的信號處理技術(shù)。 利用CO氣體近紅外吸收機理，研究了一種光譜吸收型光纖CO氣體傳感器，106[10]。C時，在SnO2中摻雜2%的Pt時，傳感器對CO具有最大的敏感度。 對CO氣體檢測的適用方法有比色法、半導體法、紅外吸收探測法、電化學氣體傳感器檢測法等。電位型是利用電極電勢和氣體濃度之間的關系進行測量；電流型采用極限電流原理，利用氣體通過薄層透氣膜或毛細孔擴散作為限流措施，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)生改變導致電容變化的原理而設計。氣體傳感器主要有半導體傳感器（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、熱傳導型、聲表面波型、氣體色譜法等[5]。現(xiàn)在各國研究主要針對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個月，但實際生產(chǎn)中常常出現(xiàn)一些預料之外的事例：掘進工作面后巷幾十米處高頂就有CO氣體出現(xiàn)；炮采工作面剛開采，短期內(nèi)上隅角就檢測出CO氣體:綜放面每月推進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的來源一般是由于煤自熱或自燃產(chǎn)生的。當溫度異常時，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]。測溫法是發(fā)現(xiàn)煤炭自熱和探尋高溫點及火源的最直接、最可靠的方法，但煤體內(nèi)部溫度的測溫技術(shù)尚未完全解決，目前僅作為掌握自燃動態(tài)、確定自燃區(qū)位置的一種有效的補充手段[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，若沒有室內(nèi)燃燒污染源，室內(nèi)CO濃度與室外是相同的。無自覺癥狀，、疲倦、惡性、頭暈等感覺， 700mg/m3時發(fā)生心悸亢進，并伴隨有虛脫危險，1250 mg/m3時出現(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色、無味氣體。根據(jù)MGS1100芯片的結(jié)構(gòu)及工作模式，設計了報警器電路，并對報警器的控制軟件進行了初步的設計，最后完成了對一氧化碳報警器的調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明該報警器是可以在實際中使用。對于一氧化碳傳感器的信號處理方法，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)。涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 本文主要對一氧化碳報警器的原理進行了分析，其中重點分析了一氧化碳傳感器探測信號的模式分類及識別，其原理是采用溫度調(diào)制模式，基于統(tǒng)計學原理，采用貝葉斯公式對各模式進行識別。同時對MGS1100傳感器的結(jié)構(gòu)及工作模式進行了介紹。 senso目錄 摘要……………………………………………………………Abstract………………………………………………………第1章 緒論……………………………………………………1 研究的目的和意義………………………………………1 一氧化碳報警器的發(fā)展狀況……………………………第2章 一氧化碳傳感器信號處理技術(shù)……………………… 氣體傳感器陣列信號處理技術(shù)………………………… 信號預處理……………………………………… 模式分類，識別和量化…………………………… 氣體傳感器溫度調(diào)制及信號處理技術(shù)……… 溫度調(diào)制模式…………………………………… 信號處理方法……………………………………… 存在的問題………………………………………… 本章小結(jié)………………………………………………第3章 一氧化碳報警器的設計………………………… 器件的結(jié)構(gòu)原理………………………………………… 器件的工作模式……………………………………… 一氧化碳報警器的設計………………………………… 電路原理………………………………………………… 控制過程………………………………………………… 對于溫度變化的特性處理(假設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………………………………………………………附錄…………………………………………………………… 第1章 緒論 課題背景 隨著工業(yè)的發(fā)展和汽車尾氣的大量排放，空氣遭到了嚴重的污染，因此對大氣中有毒氣體的監(jiān)測也成為人們關心的一個主要問題，而大氣