基于蚂蚁算法的光谱吸收光纤甲烷监测技术的研究

【摘要】：在我国煤矿的生产过程中,人员和设备的安全始终是煤矿开采最为关心的问题,煤矿井下瓦斯气体所引起的爆炸事故,会造成巨大的人员和财产损失,其中甲烷气体是瓦斯气体的最主要的成分。传统上的甲烷气体检测大都采用化学检测方法,但是该种方法存在很多不足,人们开始研究采用光学方法代替化学检测的方法。本文采用了基于蚂蚁算法的光谱吸收光纤监测系统对甲烷气体实施监测。 本论文通过对瓦斯气体(主要成分是甲烷)检测技术的历史发展背景和国内外对其研究现状的介绍,对于传统的甲烷气体检测系统中存在的缺陷和局限性问题分析,提出了基于蚂蚁算法的光谱吸收光纤甲烷监测系统。首先介绍了气体光谱吸收原理和蚂蚁算法的基本原理,然后详细说明了蚂蚁BP神经网络算法,系统采用了型号为MXSLD-CS65M5A的激光器,斩波器,测量气室等甲烷气体传感器系统,通过使用蚂蚁BP神经网络算法对测量数据进行优化设计,最后选用Lab View软件对数据进行测量显示,测试系统运行的可行性。 通过实验,检验了基于蚂蚁算法的光谱吸收光纤甲烷传感系统的效果,本系统的实验测试数据可以通过Lab View软件的设计进行保存,对甲烷气体浓度的检测达到良好的运行效果,系统具有实时监测和自动报警功能。研究基于蚂蚁算法的光谱吸收光纤甲烷传感系统对于煤矿安全生产具有十分重要的意义和应用前景。 【关键词】：蚂蚁算法 甲烷气体 光谱 LabView
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP274;TD712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题的研究目的和意义12-13
• 1.2 国内外研究概况与存在问题13-17
• 1.3 气体光纤型传感器17-20
• 1.4 本文课题来源和研究内容20-22
• 1.4.1 课题来源20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 2 光谱吸收型甲烷气体的传感理论22-36
• 2.1 光谱吸收理论基础22
• 2.2 气体分子的特性-选择吸收性22-30
• 2.2.1 光的自发和受激发射23-24
• 2.2.2 光谱吸收中的电磁原理24-26
• 2.2.3 光谱线理论原理26-30
• 2.3 甲烷气体分子的光谱学原理30-35
• 2.3.1 甲烷气体分子的基本结构30-32
• 2.3.2 甲烷分子的谱线分析32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 蚂蚁优化算法36-51
• 3.1 蚂蚁算法理论分析36-38
• 3.1.1 蚂蚁算法基本原理36-38
• 3.2 BP神经网络分析38-41
• 3.2.1 人工神经网络38-39
• 3.2.2 BP神经网络39-40
• 3.2.3 BP神经网络的结构分析40-41
• 3.3 基于蚂蚁算法的BP神经网络分析41-46
• 3.3.1 蚂蚁BP网络算法分析42-43
• 3.3.2 蚂蚁BP神经网络算法步骤43-45
• 3.3.3 蚂蚁BP神经网络算法流程45-46
• 3.4 蚂蚁BP神经网络的算法仿真分析46-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 光谱吸收光纤甲烷传感器51-61
• 4.1 光谱吸收光纤甲烷传感器基本结构51-52
• 4.2 激光器的选择52-54
• 4.3 斩波器54-55
• 4.4 测量气室55-57
• 4.5 接收装置57-59
• 4.6 甲烷检测样本气体59-60
• 4.7 本章小结60-61
• 5 光谱吸收光纤甲烷监测系统实验和测试61-71
• 5.1 基于LabView的软件系统总体设计61-63
• 5.2 蚂蚁BP神经网络算法的LabView实现63-65
• 5.3 甲烷气体传感器检测补偿系统65-70
• 5.4 本章小结70-71
• 6 总结和展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 作者简介77

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