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电荷泵

电荷泵,也称为开关电容式电压变换器,是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。
  • 高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的研究.rar

    高速电机由于转速高、体积小、功率密度高,在涡轮发电机、涡轮增压器、高速加工中心、飞轮储能、电动工具、空气压缩机、分子泵等许多领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机由于效率高、气隙大、转子结构简单,因此特别适合高速运行。高速永磁无刷直流电机是目前国内外研究的热点,其主要问题在于:(1)转子机械强度和转子动力学;(2)转子损耗和温升。本文针对高速永磁无刷直流电机主要问题之一的转子涡流损耗进行了深入分析。转子涡流损耗是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生的。首先通过优化定子结构、槽开口和气隙长度的大小来降低电流空间谐波和气隙磁导变化所产生的转子涡流损耗;通过合理地增加绕组电感以及采用铜屏蔽环的方法来减小电流时间谐波引起的转子涡流损耗。其次对转子充磁方式和转子动力学进行了分析。最后制作了高速永磁无刷直流电机样机和控制系统,进行了空载和负载实验研究。论文主要工作包括: 一、采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小、以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响。对于2极3槽集中绕组、2极6槽分布叠绕组和2极6槽集中绕组的三台电机的定子结构进行了对比,利用傅里叶变换,得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量,然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算了转子涡流损耗,通过有限元仿真对解析计算结果加以验证。结果表明:3槽集中绕组结构的电机中含有2次、4次等偶数次空间谐波分量,该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗。采用有限元仿真的方法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响,在空载和负载状态下的研究结果均表明:随着槽开口的增加或者气隙长度的减小,转子损耗随之增加。因此从减小高速永磁无刷电机转子涡流损耗的角度考虑,2极6槽的定子结构优于2极3槽结构。 二、高速永磁无刷直流电机额定运行时的电流波形中含有大量的时间谐波分量,其中5次和7次时间谐波分量合成的电枢磁场以6倍转子角速度相对转子旋转,11次和13次时间谐波分量合成的电枢磁场以12倍转子角速度相对转子旋转,这些谐波分量与转子异步,在转子保护环、永磁体和转轴中产生大量的涡流损耗,是转子涡流损耗的主要部分。首先研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响,分析表明:永磁体的分块数和透入深度有关,对于本文设计的高速永磁无刷直流电机,当永磁体分块数大于12时,永磁体分块才能有效地减小永磁体中的涡流损耗;反之,永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加。为了提高转子的机械强度,在永磁体表面通常包裹一层高强度的非磁性材料如钛合金或者碳素纤维等。分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。然后利用涡流磁场的屏蔽作用,在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜环。有限元分析表明:尽管铜环中会产生涡流损耗,但正是由于铜环良好的导电性,其产生的涡流磁场抵消了气隙磁场的谐波分量,使永磁体、转轴以及保护环中的损耗显著下降,整体上降低了转子涡流损耗。分析了不同的铜环厚度对转子涡流损耗的影响,研究表明转子各部分的涡流损耗随着铜屏蔽环厚度的增加而减小,当铜环的厚度达到6次时间谐波的透入深度时,转子损耗减小到最小。 三、对于给定的电机尺寸,设计了两台电感值不同的高速永磁无刷直流电机,通过研究表明:电感越大,电流变化越平缓,电流的谐波分量越低,转子涡流损耗越小,因此通过合理地增加绕组电感能有效的降低转子涡流损耗。 四、研究了高速永磁无刷直流电机的电磁设计和转子动力学问题。对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机性能的影响,结果表明:平行充磁优于径向充磁。设计并制作了两种不同结构的转子:单端式轴承支撑结构和两端式轴承支撑结构。对两种结构进行了转子动力学分析,实验研究表明:由于转子设计不合理,单端式轴承支撑结构的转子转速达到40,000rpm以上时,保护环和定子齿部发生了摩擦,破坏了转子动平衡,导致电机运行失败,而两端式轴承支撑结构的转子成功运行到100,000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统,进行了空载和负载实验研究。对比研究了PWM电流调制和铜屏蔽环对转子损耗的影响,研究表明:铜屏蔽环能有效的降低转子涡流损耗,使转子损耗减小到不加铜屏蔽环时的1/2;斩波控制会引入高频电流谐波分量,使得转子涡流损耗增加。通过计算绕组反电势系数的方法,得到了不同控制方式下带铜屏蔽环和不带铜屏蔽环转子永磁体温度。采用简化的暂态温度场有限元模型分析了转子温升,有限元分析和实验计算结果基本吻合,验证了铜屏蔽环的有效性。

    标签: 无刷直流 电机转子 涡流损耗

    上传时间: 2013-05-18

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  • 抽油机超高转差率电动机的应用研究.rar

    目前,油田的开采都是通过抽油机抽取地下的石油,因此国内油田对抽油机的需求量非常大。然而,据统计在油田生产成本中约有三分之一为电能消耗,其中抽油机消耗的电能约占总电能消耗的80%。驱动电动机是抽油机消耗电能的主要设备,年耗电量超过百亿KWh。所以对抽油机的机械系统和电气控制系统进行节能改造,最大限度地挖掘抽油机的节电潜力,可带来相当可观的经济效益。 采用超高转差电机作为抽油机的驱动电机,是现有改进抽油机系统的主要措施之一。这种电动机的特点是转子电阻较大,起动转矩得到有效提高,安装容量得以降低;机械特性软,遇到换相冲击载荷时,转速下降,靠曲柄惯性作用,减速器和电动机的扭矩变化趋于平缓,峰值扭矩明显降低,从而改善了机、杆、泵的配合,提高了泵的充满系数,增加产液量,达到系统节能的目的。此外,抽油机的工作过程中,驱动电机有时会处于发电状态,对供电网的电能质量造成很大危害。超高转差率电机能够有效避免发电状态的出现,从而减小对供电网的冲击,保证供电质量。 本课题以抽油机节能改造中驱动电机节能为出发点,从超高转差率电动机的机械特性、起动转矩等方面,对该类型电动机驱动抽油机的优势进行了理论分析。此外,本文还从能量平衡的角度,以抽油机中的动能平衡理论为基础分析了电机转差率对抽油机节能的影响。 最后,本文结合抽油机运动分析和抽油机曲柄运动曲线,以抽油机载荷系数为目标函数,编写了优化计算程序,从而实现了对适合某一井况下抽油机的驱动电机的最优转差率的定量计算,并以此作为设计或者选配超高转差率电动机的依据。

    标签: 抽油机 应用研究 电动机

    上传时间: 2013-07-07

    上传用户:greethzhang

  • 静电梳齿结构的MEMS分析和优化设计.rar

    微机电系统(MEMS)器件的构成涉及微电子、微机械、微动力、微热力、微流体学、材料、物理、化学、生物等多个领域,形成了多能量域并交叉耦合。为其产品的建模、仿真以及优化设计带来了较大的难度。由于静电驱动的原理简单使其成为MEMS器件中机械动作的主要来源。而梳齿结构在MEMS器件中有广泛的应用:微谐振器、微机械加速度计、微机械陀螺仪、微镜、微镊、微泵等。所以做为MEMS的重要驱动方式和结构形式,静电驱动梳齿结构MEMS器件的耦合场仿真分析以及优化设计对MEMS的开发具有很重要的意义。本课题的研究对静电驱动梳齿结构MEMS器件的设计具有较大的理论研究意义。 本文的研究工作主要包括以下几个方面: 1、采用降阶宏建模技术快速求解静电梳齿驱动器静电-结构耦合问题,降阶建模被用于表示微谐振器的静态动态特性。论文采用降阶建模方法详细分析了静电梳齿驱动器的各参数对所产生静电力以及驱动位移的关系;并对静电梳齿驱动器梳齿电容结构的静电场进行分析和模拟,深入讨论了边缘效应的影响;还对微谐振器动态特性的各个模态进行仿真分析,并计算分析了前六阶模态的频率和谐振幅值。仿真结果表明降阶建模方法能够快速、准确地实现多耦合域的求解。 2、从系统角度出发考虑了各个子系统对叉指式微机械陀螺仪特性的影响,系统详细地分析了与叉指状微机械陀螺仪性能指标-灵敏度密切相关的结构特性、电子电路、加工工艺和空气阻尼,并在此分析的基础上建立了陀螺的统一多学科优化模型并对其进行多学科优化设计。将遗传算法和差分进化算法的全局寻优与陀螺仪系统级优化相结合,证实了遗传算法和差分进化算法在MEMS系统级优化中的可行性,并比较遗传算法和差分进化算法的优化结果,差分进化算法的优化结果较大地改善了器件的性能。 3、从系统角度出发考虑了各个子系统对梳齿式微加速度计特性的影响,在对梳齿式微加速度计各个学科的设计要素进行分析的基础上,对各个子系统分别建立相对独立的优化模型,采用差分进化算法和多目标遗传算法对其进行优化设计。证实了差分进化算法和多目标遗传算法对多个子系统耦合的系统级优化的可行性,并比较了将多目标转换为单目标进行优化和采用多目标进行优化的区别和结果,优化结果使器件的性能得到了改善。

    标签: MEMS 静电

    上传时间: 2013-05-15

    上传用户:zhangjinzj

  • 能量回收系统中超级电容电压检测与分析.rar

    近年来,随着工农业的迅速发展,世界能源消耗速度急剧增加。因此,新能源和节能技术的开发已经成为世界各国科技工作者的当务之急。而机车制动能量回收系统是目前国内外节能技术方面研究的热点之一。 超级电容作为一种新型电荷储能元件,具有大容量、大电流快速充放电、寿命长和无污染等特性。这些独特的优点使其在储能和能量回收方面有着广阔的应用前景。但是由于超级电容单体电压的差异,如不对其进行实时检测,在使用过程中将对整个组件的性能造成极大的影响。另外对超级电容内部特性的不了解也会对其使用造成障碍。 对超级电容电压检测方案的研究和对超级电容时域模型的研究,将为超级电容的电压均衡方案和超级电容的电参数分析提供支持,从而为整个能量回收系统的控制策略提供理论依据。因此以上两方面的研究将是整篇论文的核心内容。 本文采用模块化的设计理念,提出了一种兼顾均压的新型电压检测方案。在软件设计方面,对电压检测系统的软件架构进行分析,利用LabVIEW和ZLGCAN驱动函数包设计了友好的上位机软件监控界面。本文利用误差理论相关知识,对超级电容电压检测电路的误差精度进行了详细分析。 本文对两种超级电容时域模型进行建模和参数推导,并通过试验验证了所建模型的正确性。

    标签: 能量 回收

    上传时间: 2013-05-16

    上传用户:浮尘6666

  • 石油钻机电驱动系统谐波抑制和无功补偿研究.rar

    石油钻采设备通常工作于公共电网所不及的沙漠、海洋和陆地等环境场合,其中的电站子系统由数台柴油发电机组及其相应的控制系统构成,为石油钻机提供动力电源(小电网供电系统)。石油钻机中的钻井设备(绞车、泥浆泵和转盘等)由大功率的交流或直流电动机驱动,根据钻井工艺需要调节转速和控制转矩,因此,通常采用VFD变频调速系统或SCR直流调速系统来满足钻井工艺要求。众所周知,电力电子装置(VFD变频传动系统和SCR直流传动系统)对电力系统带来谐波污染,尤其是对柴油发电机组小电网系统,谐波污染的问题将更为严重,而且SCR电驱动系统的功率因数较低,也给小电网系统带来额外负担,影响供电质量。因此,对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和提高功率因数,显得尤为重要。本论文正是针对此问题进行的研究和实践。 本文对石油钻机电驱动系统的构成及其工作原理作了介绍,重点分析了SCR和VFD电驱动系统谐波和无功功率产生的原因及危害,结合国内外的研究成果,提出对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和无功补偿的方案,并将其应用到实际的工程项目中。 石油钻机电驱动系统为典型的多谐波源系统,本文对各个谐波源进行了详细地分析,并且将多个谐波源进行了合成叠加和计算,来确定对电网系统总的影响(电压畸变率);针对SCR和VFD电驱动系统的结构和特点,提出了对SCR和VFD系统进行谐波抑制和无功功率补偿的不同解决方案,即:对SCR电驱动系统,采用有源滤波器+动态无功功率补偿的办法,来消除谐波和改善功率因数;而对VFD电驱动系统,采用有源滤波器来消除谐波即可。 对石油钻机SCR和VFD电驱动系统谐波进行的分析和计算,为两系统谐波抑制的方案选型和系统优化提供了设计依据。本文选用适合于柴油发电机组小电网供电系统的有源滤波器(额定电压为690V)来滤除谐波,在系统结构上,采用一个谐波源配置一个有源滤波器的方法,主要解决了CT和PT连接的问题,实践证明系统配置合理,滤波效果良好。同时对SCR电驱动系统设计了动态无功补偿装置,通过实测数据验证了本文对SCR电驱动系统的无功进行了有效地补偿。

    标签: 石油 无功补偿 钻机

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:dct灬fdc

  • MEMS传感器弱信号检测电路及集成设计.rar

    高精度惯性加速度计能够实现实时位移检测,在当今民用和军用系统如汽车电子、工业控制、消费电子、卫星火箭和导弹等中间具有广泛的需求。在高精度惯性加速度计中,特别需要稳定的低噪声高灵敏度接口电路。事实上,随着传感器性能的不断提高,接口电路将成为限制整个系统的主要因素。 本论文在分析差动电容式传感器工作原理的基础上,设计了针对电容式加速度计的全差分开环低噪声接口电路。前端电路检测传感器电容的变化,通过积分放大,产生正比于电容波动的电压信号。 本论文采用开关电容电路结构,使得对寄生不敏感,信号灵敏度高,容易与传感器单片集成。为了得到微重力加速度性能,设计电容式位移传感接口电路时,重点研究了噪声问题和系统建模问题。仔细分析了开环传感器中的不同噪声源,并对其中的一些进行了仿真验证。建立了接口电路寄生电容和寄生电阻模型。 为了更好的提高分辨率,降低噪声的影响如放大器失调、1/f噪声、电荷注入、时钟馈通和KT/C噪声,本论文采用了相关双采样技术(CDS)。为了限制接口电路噪声特别是热噪声,着重设计考虑了前置低噪声放大器的设计及优化。由于时钟一直导通,特别设计了低功耗弛豫振荡器,振荡频率为1.5M。为了减小传感器充电基准电压噪声,采用两级核心基准结构设计了高精度基准,电源抑制比高达90dB。 TSMC 0.18μm工艺中的3.3V电压和模型,本论文进行了spectre仿真。 关键词:MEMS;电容式加速度计;接口电路;低噪声放大器;开环检测

    标签: MEMS 传感器 弱信号

    上传时间: 2013-05-23

    上传用户:hphh

  • 基于PIC的智能异步电机软起动器的研究.rar

    为了减小异步电机在起动过程中过高电流对电网的冲击,消除传统降压起动对电器和机械设备的不利影响,提高电机的起动特性,本文基于电力电子技术对异步电机的软起动进行了较为深刻的研究。 本文介绍并设计了一种基于PIC18F4550的新型的软起动器。在功能上,除了具有一般的电压斜坡软起动和电流限流软起动功能,还增加了专门针对泵类负载的转矩闭环泵控软起动模式。这种起动方式有效的降低了水泵起动和停止时造成的水锤,并减轻了管路系统的振荡。同时,针对异步电动机软起动过程中出现的电流、电磁转矩以及转速振荡问题,分析了引起振荡的影响因素及其产生原因,采用以电流关断时刻为晶闸管触发基准来抑制振荡问题。 文章首先分析研究了异步电机的基本结构和工作原理,确定了软起动器所采用的基本原理和控制方法。分析得出为改善泵类负载起动性能所采用的转矩闭环泵控制策略以及为减小振荡所采用的关断角控制方法的可行性。 其次,本课题对传统的软起动器的改进进行了尝试。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片为控制核心。在此基础上,详细介绍了交流采样电路、同步触发电路以及通迅接口电路等硬件电路。软件方面采用C语言和汇编语言混合编程实现模块化程序的设计,在文中较为详细地介绍了控制系统各部分软件的设计思想和实现,其中包括主程序流程、各种起动方式的控制程序等。 在文章最后给出了基于MATLAB搭建的软起动系统的仿真模型,仿真结果表明这种带泵控制功能的软起动器可以有效的减小电机起动过程中过高电流对电网的冲击,优化了电机的起动性能。

    标签: PIC 异步电机 软起动器

    上传时间: 2013-06-13

    上传用户:wang5829

  • 机车电控柴油机标定技术的研究.rar

    社会发展对内燃机车柴油机安全、节能、低污染等方面提出了更高的要求,传统的机械式控制已很难满足这些新要求。对机车柴油机采用电子控制技术成为当前提高柴油机乃至整车性能的一种有效方法。柴油机电子控制技术包含的范围很广,其中标定技术决定了电控系统中最佳控制参数的获取,从而影响着柴油机的工作性能,而喷油泵特性的标定是标定众多内容中首先要解决的问题,因此本文将机车柴油机电控系统中的油量特性标定作为研究重点,首先对电控单体泵的组成和原理进行了分析,确定了其作为机车应用的合理性;其次完成了电子燃油喷射控制单元的设计,并对其实验方法进行了研究。 喷油泵在匹配任何一种类型柴油机之前,其数学模型和控制特性应该基本确定,能不能使得被匹配的柴油机性能达到最佳水平,将取决于能否通过有效的标定方法来获得准确的喷油控制参数。本文在电子控制单元基本功能完成的基础上,充分利用现场总线技术的优势,在实现物理层和数据链路层接口的同时,针对标定应用进行了扩展,制订出一套完整的通信协议,并开发出上位机标定软件,使得电子控制单元与上位机之间建立起了良好的通信平台。标定系统的建立同时为机车故障诊断技术带来了新思路,本文提出了一种基于分布式机车控制网络的故障诊断策略,多个智能化节点可以共同来完成复杂的故障诊断操作,性能完备的网络构成和通讯协议使得大量故障信息的交互显得有条不紊。这种思路,对电控系统乃至整车的故障诊断技术的发展产生着深远的影响。 方案的确定,软硬件的设计,实验方法的分析,都必须结合真正的台架实验,在实验过程中不断的改进。本文最后,介绍了在机车厂单体泵试验台上进行的电磁阀驱动和油泵特性标定实验,从中获得了机车柴油机电控系统研究的宝贵经验,为后期的柴油机匹配实验打下了坚实的基础。

    标签: 机车 电控 柴油机

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:mylinden

  • 射频与微波功率放大器设计.rar

    本书主要阐述设计射频与微波功率放大器所需的理论、方法、设计技巧,以及将分析计算与计算机辅助设计相结合的优化设计方法。这些方法提高了设计效率,缩短了设计周期。本书内容覆盖非线性电路设计方法、非线性主动设备建模、阻抗匹配、功率合成器、阻抗变换器、定向耦合器、高效率的功率放大器设计、宽带功率放大器及通信系统中的功率放大器设计。  本书适合从事射频与微波动功率放大器设计的工程师、研究人员及高校相关专业的师生阅读。 作者简介 Andrei Grebennikov是M/A—COM TYCO电子部门首席理论设计工程师,他曾经任教于澳大利亚Linz大学、新加坡微电子学院、莫斯科通信和信息技术大学。他目前正在讲授研究班课程,在该班上,本书作为国际微波年会论文集。 目录 第1章 双口网络参数  1.1 传统的网络参数  1.2 散射参数  1.3 双口网络参数间转换  1.4 双口网络的互相连接  1.5 实际的双口电路   1.5.1 单元件网络   1.5.2 π形和T形网络  1.6 具有公共端口的三口网络  1.7 传输线  参考文献 第2章 非线性电路设计方法  2.1 频域分析   2.1.1 三角恒等式法   2.1.2 分段线性近似法   2.1.3 贝塞尔函数法  2.2 时域分析  2.3 NewtOn.Raphscm算法  2.4 准线性法  2.5 谐波平衡法  参考文献 第3章 非线性有源器件模型  3.1 功率MOSFET管   3.1.1 小信号等效电路   3.1.2 等效电路元件的确定   3.1.3 非线性I—V模型   3.1.4 非线性C.V模型   3.1.5 电荷守恒   3.1.6 栅一源电阻   3.1.7 温度依赖性  3.2 GaAs MESFET和HEMT管   3.2.1 小信号等效电路   3.2.2 等效电路元件的确定   3.2.3 CIJrtice平方非线性模型   3.2.4 Curtice.Ettenberg立方非线性模型   3.2.5 Materka—Kacprzak非线性模型   3.2.6 Raytheon(Statz等)非线性模型   3.2.7 rrriQuint非线性模型   3.2.8 Chalmers(Angek)v)非线性模型   3.2.9 IAF(Bemth)非线性模型   3.2.10 模型选择  3.3 BJT和HBT汀管   3.3.1 小信号等效电路   3.3.2 等效电路中元件的确定   3.3.3 本征z形电路与T形电路拓扑之间的等效互换   3.3.4 非线性双极器件模型  参考文献 第4章 阻抗匹配  4.1 主要原理  4.2 Smith圆图  4.3 集中参数的匹配   4.3.1 双极UHF功率放大器   4.3.2 M0SFET VHF高功率放大器  4.4 使用传输线匹配   4.4.1 窄带功率放大器设计   4.4.2 宽带高功率放大器设计  4.5 传输线类型   4.5.1 同轴线   4.5.2 带状线   4.5.3 微带线   4.5.4 槽线   4.5.5 共面波导  参考文献 第5章 功率合成器、阻抗变换器和定向耦合器  5.1 基本特性  5.2 三口网络  5.3 四口网络  5.4 同轴电缆变换器和合成器  5.5 wilkinson功率分配器  5.6 微波混合桥  5.7 耦合线定向耦合器  参考文献 第6章 功率放大器设计基础  6.1 主要特性  6.2 增益和稳定性  6.3 稳定电路技术   6.3.1 BJT潜在不稳定的频域   6.3.2 MOSFET潜在不稳定的频域   6.3.3 一些稳定电路的例子  6.4 线性度  6.5 基本的工作类别:A、AB、B和C类  6.6 直流偏置  6.7 推挽放大器  6.8 RF和微波功率放大器的实际外形  参考文献 第7章 高效率功率放大器设计  7.1 B类过激励  7.2 F类电路设计  7.3 逆F类  7.4 具有并联电容的E类  7.5 具有并联电路的E类  7.6 具有传输线的E类  7.7 宽带E类电路设计  7.8 实际的高效率RF和微波功率放大器  参考文献 第8章 宽带功率放大器  8.1 Bode—Fan0准则  8.2 具有集中元件的匹配网络  8.3 使用混合集中和分布元件的匹配网络  8.4 具有传输线的匹配网络    8.5 有耗匹配网络  8.6 实际设计一瞥  参考文献 第9章 通信系统中的功率放大器设计  9.1 Kahn包络分离和恢复技术  9.2 包络跟踪  9.3 异相功率放大器  9.4 Doherty功率放大器方案  9.5 开关模式和双途径功率放大器  9.6 前馈线性化技术  9.7 预失真线性化技术  9.8 手持机应用的单片cMOS和HBT功率放大器  参考文献

    标签: 射频 微波功率 放大器设计

    上传时间: 2013-04-24

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  • 基于线阵CCD和FPGA干涉型甲烷测量仪的研究.rar

    近年来,瓦斯事故在煤矿生产事故中所占比例越来越高,给矿工的生产生活带来了极大的灾难,必须加强对瓦斯的监测监控,避免瓦斯爆炸事故。因此对瓦斯气体进行快速、实时检测对于煤矿安全生产及环境保护有特别重要的意义。便携式甲烷检测报警仪是各国应用最早最普遍的一种甲烷浓度检测仪表,可随时检测作业场所的甲烷浓度,也可使用甲烷传感器对甲烷浓度进行连续实时地监测。大体上当前应用的便携式甲烷检测仪器,按检测原理分为光学甲烷检测仪、热导型甲烷检测仪、热催化型甲烷检测报警仪、气敏半导体式甲烷检测仪等几种。 光干涉甲烷检测仪性能稳定、使用寿命长,测量准确,是我国煤矿主要的便携式甲烷检测仪器。但现有的光干涉甲烷检测仪存在自动化程度低、测量方法繁琐、读数不直观,人为误差较大、不能存储数据等缺点。为此本文在干涉型甲烷检测仪实现的原理上提出利用线阵型电荷耦合器件(CCD)对干涉条纹进行非接触式的自动测量,获得条纹信息,通过CCD驱动、高速模数转换、数据采集等关键技术,实现了干涉条纹位移的精确测量,由单片机对量化后的测量信号进行智能处理,数字化显示甲烷含量的测量结果。 光干涉甲烷检测的关键是对干涉条纹中白基线以及黑色条纹位置的检测,本设计采用线阵CCD成像获取条纹信息判别其位置。CCD是一种性能独特的半导体光电器件,近年来在摄像、工业检测等科技领域里得到了广泛的应用。将CCD技术应用于位置测量可以实现高精度和非接触测量的要求;运用FPGA实现CCD芯片的驱动具有速度快、稳定高等优点:模数转换之后的数据没有采用专用存储芯片进行存储,而采用FPGA硬件开发平台和Verilog HDL硬件描述语言编写代码实现数据采集模块系统,同时提高数据采集精准度,既降低成本又提高了存储效率。 本文设计的新系统使用方便、精度高、数据可储存,克服了传统光干涉甲烷检测仪的缺点,技术指标和功能都得到较大改善。

    标签: FPGA CCD 线阵

    上传时间: 2013-06-08

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