1。2 课题主要内容

    本设计研制了具有良好交互界面的智能甲烷浓度监测系统，它是一种利用红外吸收光谱原理监测甲烷的虚拟仪器，利用上位机的数据处理能力实现具体功能。研究设计了硬件电路部分（包括驱动电路、前置放大器、主放大器、电源电路等）和软件部分（采集参数、存储信号、光报警、人机交互界面等）。选用由英国E2V公司生产的IRGJ12型传感器，输出与气体浓度相关测量电信号。信号经电路处理后输入数据采集卡（PCI6221），再由LabVIEW上位机软件处理信号。

    甲烷浓度监测系统在国内的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的甲烷浓度监测系统来讲，同美国、日本、德国等先进国家相比,总体发展水平仍然不高。

2。系统总体方案设计

    本文所设计的甲烷浓度监测系统的总体设计思路为：结合目前国际国内的气体检测设备的发展现状，利用目前已有的红外气体传感器、数据采集卡及PC机，设计一款新型的甲烷监测系统。它在检测原理方面克服了一些常用传感器（如热催化式）的弊端，如寿命短、选择性低、易“中毒”等。在信号处理方面，该系统充分利用了PC机及上位机软件LabVIEW对数据进行处理，系统在信号采集、信号滤波、参数提取、浓度计算以及数据存储等方面具有明显优势。下面是整个系统的整体框图。

图2-1系统整体结构图

    图2-1为系统的整体框图。首先，使电路对传感器驱动，驱动后的E2V 输出一路信号。然后，信号经前端信号处理电路进行初步处理后，通过数据采集卡上传至PC机，并由上位机软件LabVIEW进行处理。最后，信号以波形、数据表格形式进行存储。整机系统具有光报警、远程控制、实时监测功能。此外，系统界面便于操作使用。

3。系统硬件设计    论文网

3。1 硬件系统结构框图

图3-1为系统的硬件结构框图，可以看出整个电路部分一共包括了七部分，即E2V驱动电路部分、阻抗匹配电路部分、前置放大电路部分、隔直电路部分、主放大电路部分及数据采集卡PCI6221。硬件系统结构框图如下所示。

    图3-1硬件系统结构框图

3。2 E2V甲烷传感器

    本设计选用由英国E2V公司生产的基于红外原理的甲烷传感器，它的型号是IRGJ型，它具有便捷、重量轻、集成度高等特点。下图即为该传感器的实物图。

图 3-2 E2V 传感器实物图

    E2V内部集成了红外检测仪器的光学部分。它包括光源、气室与热释电探测器。它所采用的结构是非分光型的结构，由光源发出的宽谱带红外光通过气室后由热释电探测器接收，最终将光能量的变化转换为了电能的变化。输出信号包括两个通道，它们分别是与待测信号浓度变化相关的测量通道以及与其无关的参考通道。

    该传感器具有低功耗、参考通道自补偿、快速响应、抗腐蚀、自保护、内嵌温度传感器等特点，可以检测浓度从0到100%的甲烷气体，并且它工作时所需要的驱动电路简单，与激光器驱动电路相比较而言所需要满足的技术指标也没有特别严格的要求，便于研究人员使用。

    传感器E2V IRGJ12的引脚分布如图3-3所示，它有7个引脚，其管脚号与图3-5中的引脚号相对应。图3-4为本论文为了显示E2V引脚与其内部器件的连接关系所建立的E2V简单模型。

      图 3-3  IRGJ12 引脚图                         图 3-4 IRGJ12 简图