付　華，司南楠，魯俊杰

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣工程與控制工程學(xué)院，遼寧葫蘆島125105）

基于恒溫諧波檢測(cè)雙回路瓦斯?jié)舛葍x研究*

付華*，司南楠，魯俊杰

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣工程與控制工程學(xué)院，遼寧葫蘆島125105）

針對(duì)傳統(tǒng)氣體傳感器檢測(cè)范圍窄、易中毒、使用壽命短等缺陷，提出基于恒溫諧波檢測(cè)的雙回路瓦斯?jié)舛葯z測(cè)系統(tǒng)。通過ATMEGA16實(shí)現(xiàn)低濃度的電化學(xué)檢測(cè)電路切換高濃度的紅外吸收檢測(cè)電路，恒溫惠斯通電阻電橋檢測(cè)電路可減少溫度場(chǎng)對(duì)傳感器性能影響；應(yīng)用諧波檢測(cè)原理消除紅外光路干擾，穩(wěn)定光源的輸出功率，提高靈敏度。利用拉格朗日插值定理進(jìn)行溫度補(bǔ)償，可消除溫度漂移帶來的瓦斯?jié)舛榷敌詥栴}，并能在5.3%瓦斯?jié)舛忍帉?shí)現(xiàn)高精度的瓦斯爆炸預(yù)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：雙回路檢測(cè)儀具有高靈敏度、測(cè)量范圍廣、精度高等特點(diǎn)，可應(yīng)用在突出災(zāi)害時(shí)瓦斯大量涌出檢測(cè)中。

瓦斯氣體濃度檢測(cè)；雙回路；紅外探測(cè)器；拉格朗日插值定理

EEACC：7230E doi：10.3969/j.issn.1004-1699.2016.10.005

隨著煤礦開采深度的增加，煤層中瓦斯聚集，工作面煤層松軟，煤層中吸附瓦斯會(huì)不斷解吸并涌出，造成礦井下瓦斯氣體含量增大，尤其發(fā)生瓦斯突出狀況，瓦斯涌出量成倍增加。當(dāng)空氣中的甲烷氣體含量達(dá)到5.3～15%時(shí)會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸，造成礦井災(zāi)害；瓦斯氣體滲透能力比空氣強(qiáng)，高濃度瓦斯氣體會(huì)代替空氣中的氧氣，當(dāng)瓦斯氣體含量達(dá)到25～90%時(shí)會(huì)損害井下工作人員健康，危及生命安全。建立瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)［1］對(duì)煤礦瓦斯氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確監(jiān)測(cè)，為安全作業(yè)提供保障。

在瓦斯?jié)舛葯z測(cè)過程中，不同種類的甲烷傳感器應(yīng)用在瓦斯氣體監(jiān)測(cè)中。載體催化燃燒型傳感器［2-4］、氣敏半導(dǎo)體型傳感器、光線干涉型傳感器［5-6］、紅外光譜吸收型傳感器［7-9］等，其中，催化燃燒型傳感器對(duì)低濃度瓦斯氣體靈敏度高而廣泛應(yīng)用，但隨著瓦斯?jié)舛仍黾?，?huì)出現(xiàn)氣體中毒現(xiàn)象，使用壽命短；紅外光譜吸收傳感器技術(shù)相對(duì)成熟，響應(yīng)時(shí)間短、不易中毒等優(yōu)點(diǎn)可檢測(cè)高濃度瓦斯氣體。紅外氣體傳感器利用差分法和諧波檢測(cè)法進(jìn)行瓦斯氣體檢測(cè)，但溫漂引起光源中心波長偏離瓦斯氣體吸收峰的中心波長而導(dǎo)致吸收系數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致差分檢測(cè)結(jié)果偏離實(shí)際值。

基于上述優(yōu)缺點(diǎn)，本文嘗試采用載體催化燃燒型傳感器與紅外吸收型傳感器結(jié)合進(jìn)行煤礦瓦斯氣體的檢測(cè)，克服傳統(tǒng)單個(gè)氣體傳感器的局限性。根據(jù)恒溫惠斯通電路失衡電壓大小可實(shí)現(xiàn)催化燃燒型傳感器對(duì)低瓦斯?jié)舛葴y(cè)量，加之紅外瓦斯監(jiān)測(cè)儀的高濃度瓦斯氣體檢測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寬范圍測(cè)量（0～100%），通過NDIR技術(shù)涵蓋瓦斯吸收光譜的全部峰值，應(yīng)用諧波檢測(cè)原理［10-11］對(duì)光源波長進(jìn)行調(diào)制，消除紅外光路干擾；采用拉格朗日插值數(shù)值分析法應(yīng)對(duì)傳感器溫漂現(xiàn)象，改善硬件溫度補(bǔ)償電路響應(yīng)慢、電路復(fù)雜。結(jié)合ATMEGA16控制器的低功耗、高性能，能實(shí)現(xiàn)兩檢測(cè)電路快速切換，滿足不同濃度瓦斯氣體的檢測(cè)要求。

1　鉆孔自然瓦斯涌出特征

表征鉆孔自然瓦斯涌出量特征參數(shù)之間的回歸分析如下：

式中，qt為時(shí)間t下折合成100 m鉆孔自然瓦斯涌出量，單位為m3/（min·hm）；q0為折合成100 m鉆孔自然瓦斯涌出量，單位為m3/（min·hm）；α為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，單位為d-1；t為鉆孔自然涌出瓦斯時(shí)間，單位為d。

對(duì)式（1）積分，可得到任意時(shí)間t內(nèi)鉆孔自然瓦斯涌出總量Qt：

式中，Qt為時(shí)間t內(nèi)鉆孔瓦斯涌出總量，單位為m3；Qj為t→∞式的鉆孔極限瓦斯涌出總量，單位為m3。

圖1　鉆孔自然瓦斯涌出特征曲線

根據(jù)鉆孔自然瓦斯涌出特征曲線1，創(chuàng)建瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立合理預(yù)抽期評(píng)價(jià)方法，采取相應(yīng)的鉆孔瓦斯預(yù)抽，防治瓦斯超限和煤與瓦斯突出災(zāi)害。

2　雙回路瓦斯傳感器數(shù)學(xué)模型

2.1瓦斯傳感器數(shù)學(xué)模型描述

分析鉆孔瓦斯自然涌出特征，綜合催化燃燒傳感器和紅外傳感器檢測(cè)特點(diǎn)，建立雙回路檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)0～100%瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)，其實(shí)現(xiàn)過程可用式（3）數(shù)學(xué)模型描述：

式中，C（t+1）為瓦斯氣體濃度，W為瓦斯傳感器數(shù)學(xué)模型表達(dá)式，X（t）為瓦斯傳感器輸入，A（t）為瓦斯傳感器器件本身相關(guān)影響因素，T（t）為溫度影響因素，LC′（T′）為溫漂下拉格朗日插值函數(shù)值。

2.2低濃度瓦斯傳感器數(shù)學(xué)模型

催化燃燒式傳感器對(duì)低濃度的瓦斯氣體檢測(cè)滿足靈敏度高，檢測(cè)方便，成本低等技術(shù)要求，但傳統(tǒng)傳感器的溫度變化有時(shí)間延遲，響應(yīng)慢，且載體材料和催化劑會(huì)因溫度變化使積碳不穩(wěn)定，導(dǎo)致穩(wěn)定性降低，因而采用恒溫催化燃燒式傳感器進(jìn)行低濃度瓦斯檢測(cè)，其原理如圖2所示，選用介孔材料SBA-15作為催化劑載體，可防止催化劑的聚集，并提高傳感器靈敏度。

圖2　恒溫催化燃燒式傳感器原理圖

R1是敏感元件，主體材料Pd/SBA-15，ΔR1為變化電阻，E為直流電源，工作前進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡使R1R4=R2R3，設(shè)初始條件R3=R4為同值精密電阻，R1= R2=R?ΔR，輸出電壓UAB為

式中，α為敏感材料的電阻溫度系數(shù)，ΔT為瓦斯燃燒引起的溫度增加值，Q為氣體燃燒熱，C為瓦斯氣體濃度，a為與催化劑有關(guān)的常數(shù)，M為摩爾質(zhì)量。故可根據(jù)UAB值的變化計(jì)算瓦斯氣體濃度，從而達(dá)到檢測(cè)低濃度瓦斯的目的。

空氣中的氧氣含量為20.947%，當(dāng)?shù)V井瓦斯?jié)舛冗_(dá)到并超過10%時(shí)，由于氧氣含量有限，出現(xiàn)瓦斯氣體燃燒不充分，超出催化燃燒式傳感器的測(cè)量范圍，因此當(dāng)?shù)V井瓦斯?jié)舛雀哂?0%時(shí)采用紅外瓦斯檢測(cè)儀進(jìn)行瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)。

2.3高濃度瓦斯傳感器模型

瓦斯氣體吸收紅外光譜波長分別為3.433 μm、6.522 μm、3.312 μm、7.658 μm，采用NDIR技術(shù)（非分散紅外檢測(cè)技術(shù)）利用寬頻紅外線發(fā)射體（光譜不會(huì)被CO2、H2O等氣體吸收，可避免礦井下CO2、H2O對(duì)甲烷氣體濃度檢測(cè)的干涉），覆蓋瓦斯氣體全部吸收的波長，由光源發(fā)出紅外光線被瓦斯氣體吸收，光能量發(fā)生衰減，通過檢測(cè)光能的變化量檢測(cè)高濃度瓦斯氣體。

濾光片分離出的是一段帶寬較小的波長，可假設(shè)為單色光，則甲烷氣體對(duì)紅外光譜吸收滿足比爾-朗伯［12］（Beer-Lambert）吸收定律：

式中，I（t）為出射光線強(qiáng)度；I0（t）為入射光線強(qiáng)度；C為瓦斯氣體濃度；L為氣室長度；α（λ）為吸收截面，單位為cm2/g。

對(duì)光源進(jìn)行正弦調(diào)制以產(chǎn)生諧波信號(hào)，則調(diào)制后的光源輸出波長和光強(qiáng)分別為

式中，λ0為光源未經(jīng)調(diào)制時(shí)的中心波長，A為波長調(diào)制幅度，B為光強(qiáng)調(diào)制系數(shù)，ω為調(diào)制角頻率，在近紅外段，瓦斯氣體吸收系數(shù)很小，光強(qiáng)的調(diào)制幅度很小，即α（λ）CL?1、B?1，將式（9）代入式（7），得

常壓下檢測(cè)瓦斯氣體時(shí)，用洛倫茲曲線擬合瓦斯氣體吸收線型：

式中，α0為瓦斯氣體吸收峰值中心的吸收系數(shù)，λg瓦斯氣體吸收峰值，Δλ為吸收半寬。

將式（8）和式（11）代入式（10）中并化簡為

當(dāng)光源的輸出波長精確鎖定在瓦斯氣體吸收峰值上時(shí)，λ0=λg，且，則式（12）化簡并整理為

將式（9）、式（14）分別作為參考光路、氣測(cè)光路輸出光強(qiáng)，其差值為

由式（14）可知，一、二次諧波系數(shù)分別為：

通過式（16）和式（17）可得到瓦斯氣體濃度數(shù)學(xué)表達(dá)式為

由式（18）知，通過一二次諧波可求取高濃度瓦斯氣體含量，并且可消除光強(qiáng)波動(dòng)干擾，穩(wěn)定光源輸出功率，提高靈敏度。

3　雙回路檢測(cè)儀溫度補(bǔ)償

3.1雙回路瓦斯檢測(cè)儀應(yīng)用誤差分析

紅外傳感器的探測(cè)器是熱敏感元器件，應(yīng)用在礦井中環(huán)境溫度發(fā)生變化影響探測(cè)器的輸出值，其輸出電動(dòng)勢(shì)與探測(cè)級(jí)和基級(jí)溫度關(guān)系為

式中，T、T0分別為熱電探測(cè)器探測(cè)級(jí)和基級(jí)節(jié)點(diǎn)溫度，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，基級(jí)溫度將隨之變化，會(huì)破壞式（19）固有函數(shù)關(guān)系。

另溫度的變化會(huì)造成瓦斯氣體吸收系數(shù)的變化，最終都體現(xiàn)在探測(cè)器輸出值偏離實(shí)際值，諧波分析的一二次諧波系數(shù)出現(xiàn)誤差，最終使檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)溫漂現(xiàn)象。

同樣，溫度也會(huì)影響恒溫催化式傳感器的檢測(cè)結(jié)果，因此需對(duì)雙回路檢測(cè)儀進(jìn)行溫度補(bǔ)償，減小溫度漂移對(duì)瓦斯氣體濃度檢測(cè)值的影響。

3.2雙回路瓦斯檢測(cè)儀溫度補(bǔ)償［13-15］

瓦斯氣體濃度檢測(cè)值會(huì)隨溫度發(fā)生變化產(chǎn)生漂移，會(huì)出現(xiàn)二值性問題，隨著溫度升高，瓦斯氣體檢測(cè)儀不再成線性關(guān)系，如圖3所示，隨著催化燃燒的進(jìn)行，所檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛仍黾?，溫度也隨之升高，濃度在13%處以后出現(xiàn)二值問題。傳統(tǒng)的硬件溫度補(bǔ)償電路有一定的時(shí)間延長，響應(yīng)速度慢，及增加電路復(fù)雜度和成本，因此利用拉格朗日（Lagrange Interpolating Polynomial）數(shù)值分析法對(duì)瓦斯?jié)舛茸兓什逯担M(jìn)行溫度補(bǔ)償，步驟如下。

圖3　溫漂影響下瓦斯氣體特性曲線

Step 1在瓦斯氣體濃度檢測(cè)量程范圍內(nèi)分別選取溫度特征點(diǎn)（T1，…，Tk，…，Tn）和濃度特征點(diǎn)（C1，…，Cb，…，Cm），在標(biāo)定溫度T0下的瓦斯氣體濃度為C0，則瓦斯氣體濃度變化率為

式中，C′為在任意溫度Tk條件下的測(cè)量濃度，C為在標(biāo)定溫度T0條件下的測(cè)量濃度值。將同一濃度特征點(diǎn)在不同溫度值下的濃度變化率進(jìn)行拉格朗日插值，最終得到插值函數(shù)為LCb（T）

其中拉格朗日基函數(shù)為

令

將式（23）、式（24）代入式（22）得

則

式（26）求得n次拉格朗日濃度變換率插值函數(shù)。

Step 2從顯示屏讀取補(bǔ)償前的瓦斯?jié)舛菴′（CH≤C′≤CH+1），并依據(jù)式（26）求得插值函數(shù)值LCH（T′）、LCH+1（T′），在小區(qū)間內(nèi)［CH，CH+1，CH+1］應(yīng)用線性拉格朗日插值，式（21）可簡化為

Step 3補(bǔ)償后的瓦斯氣體濃度為

Step 4執(zhí)行語句C′=C″，為下一次迭代補(bǔ)償做準(zhǔn)備。

Step 5判斷停止條件|C″-C′|≤0.001%是否滿足或迭代次數(shù)是否達(dá)到，是，結(jié)束式（28）為最后的補(bǔ)償濃度，否，轉(zhuǎn)Step 2。

4　雙回路瓦斯氣體檢測(cè)儀系統(tǒng)構(gòu)建

圖4為瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖，在ATMEGA16控制器作用下，可實(shí)現(xiàn)礦井瓦斯氣體濃度的測(cè)量，當(dāng)瓦斯氣體解吸并不斷涌出，檢測(cè)電路可由低濃度的催化燃燒式檢測(cè)電路切換到高濃度的紅外吸收檢測(cè)電路。在低濃度段可實(shí)現(xiàn)恒溫快速檢測(cè)，在高濃度段，由于采用諧波檢測(cè)，鎖相放大器1可直接完成氣測(cè)探測(cè)器輸出端的一次諧波檢測(cè)，而參考探測(cè)器可通過減法放大電路在鎖相放大器2端檢測(cè)到二次諧波，采用一二次諧波比值檢測(cè)高濃度瓦斯氣體，可避免兩光路干擾，穩(wěn)定光源的輸出功率，靈敏度高。此外，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示瓦斯氣體濃度并根據(jù)預(yù)設(shè)的瓦斯?jié)舛扰R近值進(jìn)行報(bào)警。

圖4　瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖

5　雙回路瓦斯氣體檢測(cè)儀實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

采用如圖4所示的檢測(cè)系統(tǒng)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和室溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同濃度下的輸出電壓進(jìn)行線性擬合，調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，使其體現(xiàn)在同一特征圖中，如圖5所示，并用濃度為13%的標(biāo)準(zhǔn)甲烷氣體以15 min為間隔對(duì)雙回路檢測(cè)儀進(jìn)行穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，利用式（29）計(jì)算20組測(cè)量結(jié)果，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.178。圖5中，雙回路檢測(cè)儀測(cè)試輸出值與瓦斯?jié)舛然境删€性變化，與單瓦斯氣體傳感器性能進(jìn)行比較，雙回路系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果擬合度高，誤差小，故可根據(jù)雙回路瓦斯檢測(cè)儀輸出電壓值實(shí)測(cè)當(dāng)前瓦斯?jié)舛戎怠?/p>

圖5　輸出電壓與瓦斯?jié)舛汝P(guān)系

選用密閉良好的玻璃容器，將測(cè)試系統(tǒng)的吸收氣室部分置于容積為10 L的玻璃容器內(nèi)，用高純氮?dú)夥磸?fù)沖洗樣品容積，注入不同體積的瓦斯氣體（濃度在10～100%），測(cè)試不同濃度下的一二次諧波幅度波形，如圖6所示。

圖6　高濃度瓦斯檢測(cè)諧波波形

對(duì)低濃度的瓦斯氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將恒溫催化燃燒式傳感器置于容積為10 L的玻璃容器內(nèi)，同樣用高純氮?dú)夥磸?fù)沖洗樣品容積，注入不同體積的瓦斯氣體（濃度在0～10%），測(cè)試恒溫催化燃燒型傳感器的溫度特性，其曲線圖如圖7所示，恒溫橋路與傳統(tǒng)的惠斯通橋路相比，前者可在測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)測(cè)量元件保持恒溫，減小溫度漂移對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的誤差。

圖7　溫度特性曲線

對(duì)瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行溫度對(duì)濃度影響驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，按照3.2節(jié)的Step 1～Step 5步驟對(duì)瓦斯氣體傳感器濃度變化率采用拉格朗日插值從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償前后進(jìn)行對(duì)比的部分?jǐn)?shù)據(jù)列于表1。

表1　5.3%瓦斯氣體補(bǔ)償前后測(cè)試數(shù)據(jù)

圖8為瓦器氣體濃度為0.78%、5.3%、67%時(shí)，溫度變化其各自濃度變化曲線圖，其中5.3%濃度是瓦斯氣體發(fā)生爆炸的臨界值，其精確的測(cè)量關(guān)系到礦井作業(yè)的安全，由表1知，未進(jìn)行溫度補(bǔ)償前，其濃度誤差值在0.12%～1.93%，此誤差值相對(duì)5.3%波動(dòng)較大，尤其當(dāng)檢測(cè)電路中電流增大帶來的溫度升高時(shí)所檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛葏s比實(shí)際值小，即最大當(dāng)檢測(cè)瓦斯?jié)舛戎党^5.3%值1.93%時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)報(bào)警，將會(huì)出現(xiàn)延時(shí)報(bào)警現(xiàn)象，而經(jīng)過溫度補(bǔ)償后，溫度變化對(duì)瓦斯?jié)舛葴y(cè)量值影響較小，最低可降至到0.02%，在允許誤差范圍內(nèi)，補(bǔ)償后對(duì)瓦斯傳感儀在5.3%處濃度進(jìn)行多次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖9所示，以平均相對(duì)誤差低于0.1%的精度逼近實(shí)際值，能更精準(zhǔn)的進(jìn)行瓦斯爆炸報(bào)警。

圖8　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖9　誤差曲線圖

經(jīng)過溫度補(bǔ)償后的瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠持久性地測(cè)量礦井瓦斯氣體濃度，不再受電路溫度升高而造成瓦斯氣體濃度漂移，并經(jīng)開灤礦業(yè)集團(tuán)錢營礦2074綜采工作面的KJ90N煤礦安全綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，其測(cè)試結(jié)果如圖10所示，瓦斯?jié)舛饶茉谡麄€(gè)量程范圍內(nèi)較高的逼近真實(shí)值，擬合度高，可解決瓦斯氣體濃度二值性問題，適合應(yīng)用于礦井瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)。

圖10　瓦斯測(cè)量濃度與實(shí)際濃度比較圖

6　結(jié)論

①基于恒溫載體催化燃燒型傳感器和紅外吸收傳感器相結(jié)合的雙回路檢測(cè)電路，在ATMEGA16控制下，可實(shí)現(xiàn)0%～100%瓦斯氣體的檢測(cè)，恒溫惠斯通橋式檢測(cè)電路可方便、快速地對(duì)低濃度瓦斯氣體進(jìn)行檢測(cè)，且減小溫度場(chǎng)對(duì)傳感器性能影響；應(yīng)用NDIR技術(shù)包含瓦斯氣體光譜吸收的全部峰值，提高傳感器的精度，將諧波檢測(cè)原理應(yīng)用到紅外吸收檢測(cè)電路中，可消除光路干擾，穩(wěn)定光源輸出，并提高檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。

②應(yīng)用n次拉格朗日插值和線性拉格朗日插值定理求得瓦斯?jié)舛茸兓?，可?shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，避免溫度漂移造成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量不精準(zhǔn)現(xiàn)象，解決瓦斯氣體在溫度影響下的二值性問題，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基于ATMEGA16的雙回路瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能在5.3%瓦斯?jié)舛葧r(shí)以平均相對(duì)誤差值＜0.1%預(yù)警，可實(shí)現(xiàn)高精度、寬范圍的測(cè)量。適用于煤礦井下瓦斯氣體濃度測(cè)量，尤其是瓦斯突出孕育過程中，大量瓦斯氣體涌出的監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

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付華（1962-），女，遼寧阜新人，教授，博士生導(dǎo)師，博士（后），主要研究方向?yàn)槊旱V瓦斯檢測(cè)、智能檢測(cè)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)。支持國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)、支持及參與國家863和省部級(jí)項(xiàng)目30余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，申請(qǐng)專利24項(xiàng)，fxfuhua@163.com；

司南楠（1990-），女，山東淄博人，遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)及其自動(dòng)化裝置，1546538885@qq.com。

Study on Dual-Circuits Gas Detector Based on Constant Temperature and Harmonic Detection*

FU Hua*，SI Nannan，LU Junjie
（College of Electrical and Control Engineering，Liaoning Technical University，Huludao Liaoning 125105，China）

In order to solve the traditional gas sensors characteristics such as narrow range，easy to poisoning，short service life，the dual-circuits gas detector based on theory of constant temperature and harmonic detection has been put forward.The system can switch from bridge detection circuit to infrared absorption detection circuit by ATMEGA16 to measure gas concentration，the principle of the harmonic detection merged into infrared absorption sensor which eliminated interference of light path，and stabilized power output of the infrared light source.This system can eliminate the binary problems resulted from temperature drift，and realize the high precision gas explosion warning at 5.3%by using the theory of Lagrange Interpolating Polynomial for temperature compensation.The experiment results show that the dual-circuits detector has properties of high sensitivity and precision，wide measurement range，etc，and it has higher application value.

gas concentration detection；dual-circuits；infrared detector；theory of lagrange interpolating polynomial

TP391；TP212

A

1004-1699（2016）10-1493-07

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51274118）；遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（LJZS003）

2016-04-18修改日期：2016-05-27