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毕业设计开题报告3篇1.毕业设计开题报告1、选题目的随着信息技术迅猛发展，计算机的更新换代越来越快，一些“不起眼”的计算机外设也得到了很好的发展，如现在很热的光电鼠标就是一个很好的例子，它的核心是一个光电式传感器，光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，它可以用于检测能转换成光电变化的其它非电量，如零件直径，表面粗糙度，应变力，位移，振动，速度，加速度，以及物体的形状，工作状态的识别等，也可用于检测直接引起光电变化的非电量，如光强，光照度，辐射测温，气体成分分析等。
光电式传感器具有非接触响应快，性能可靠等特点（当然用它做成的光电鼠标也具有这些特点）。
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器及其特殊性能再很多场合得到了广泛的应用。
而且应用光电传感器设计出的产品比普通产品更有可靠的灵活性和方便性。
所以本可以在研究光电鼠标工作原理的基础上讨论光电传感器在实际当中的应用很有必要。
2、研究现状鼠标自从诞生到今天，已经有38个年头了，这38年来，鼠标无论在性能还是工作原理上都有了许多变化。
“mouse”换代发展反映了计算机技术的普及和应用电子技术的突飞猛进。
同时也证明了一个结论：原创+科技进步=产品的生命。
曾经获得计算机界最权威的“图灵奖”的道格拉斯？恩格尔巴特（DouglasEnglebart）博士于1968年12月9日在IEEE会议上展示了世界上第一个鼠标。
如图所示：一个木质的小盒子，盒子下面有两个互相垂直的轮子，每个轮子带动一个机械变阻器获得X、Y轴上的位移，在盒子的上面则有一个按钮开关提供连通信号。
鼠标的这款鼻祖与今天的鼠标结构大不相同，甚至还需要外置电源给他供电才能正常工作。
然而他却引领了一个科技领域的几次革命，带给计算机工作者一次次的欢欣鼓舞。
1983年苹果公司受到仙童公司著名STAR计算机的启发，在当年推出的Iisa电脑上第一次使用了鼠标作为GUI（Graphicaluserinterface）界面操作工具。
毕业设计学生姓名Xxx学号170302041 院(系) 电子与电气工程专业Xxx题目基于光电传感器的转速测量系统设计指导教师年月摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。
目前常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。
在对各种测速方法进行分析后提出了基于光电传感器的转速测量系统。
详细分析了系统的组成及工作原理，给出了系统中各硬件模块设计方法及系统软件设计方法，给出了部分程序流程图和程序清单。
该测速系统安装维护方便，工作稳定，运行可靠，具有较大的推广应用价值。
关键词：单片机，光电转速传感器，转速测量，数据处理Abstract：The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. At present there are many methods for the tachometric survey measurement. After analyze various rotate speed measurement methods, the photoelectric sensor tachometric survey system is presented. The composition and the principle of the system are presented, and the design method of hardware and the software are also presented. The whole system has the bigger promotion application value.Key words：single-chip computer，photoelectric sensor，rotate speed measurement，data processing目录1 引言 (4)2 系统组成及工作原理 (4)2.1转速测量原理 (4)2.2转速测量系统组成框图 (4)3 系统硬件电路的设计 (5)3.1 脉冲产生电路设计 (5)3.2 光电转换及信号调理电路设计 (6)3.2.1 光电传感器简介 (6)3.2.2 光电转换及信号调理电路设计 (7)3.3 测量系统主机部分设计 (8)3.3.1 单片机 (8)3.3.2 键盘显示模块设计 (10)3.3.3 串行通信模块设计 (12)3.3.4 电源模块设计 (13)4 系统软件设计 (14)4.1 主程序设计 (14)4.2 数据处理过程 (16)4.3 浮点数学运算程序 (17)5 制作调试 (17)6 结果分析 (19)结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)1引言转速测量是社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。
简易照明线路探测仪毕业设计目录摘要................................................................... II 目录.. (3)1系统方案 (5)1.1探头模块微处理器 (5)1.2显示模块微处理器 (5)1.3 探头定位方案的论证与选择 (6)1.4电缆探测方案的论证与选择 (6)1.5显示方案的论证与选择 (6)2系统理论分析与计算 (6)2.1 方格号换算程序 (6)2.2显示将探头坐标还原程序 (7)3电路与程序设计 (8)3.1电路的设计 (8)3.1.1探头处理器电路 (8)3.1.2显示处理器电路 (9)3.1.312W节能灯电缆检测电路 (10)3.1.460W白炽灯电缆检测电路 (10)3.1.5超声波定位电路 (10)3.1.6报警电路 (11)3.1.7时钟电路 (11)3.1.8显示、触摸电路 (11)3.1.9电源电路 (12)3.2程序的设计 (12)3.2.1程序功能描述 (12)3.2.2程序流程图 (12)4测试方案与测试结果 (15)4.1测试方案 (15)4.2测试条件与仪器 (15)4.3测试结果及分析 (15)4.3.1测试结果 (15)4.3.2测试分析与结论 (16)5致谢 (16)6参考文献 (16)附一：部分程序 (18)附二：探头电路图 (20)附三：显示电路图 (21)附四：部分电路照片 (22)1系统方案本设计采用STC12C5628AD和STC12C5A60S2双微型处理器作为本系统的控制核心，来实现简易照明线路探测仪的功能。
本系统主要由超声波定位、导线检测电路、报警电路、显示电路等基本电路来实现本系统化的功能，首先磁场传感器将通电导线周围微弱的磁场转化为微弱的电信号，将这电信号送到60W白炽灯处理电路和12W节能灯处理电路，处理后的信号再送到STC12C5628AD微处理器，在此同时微处理器还可以通过两个超声波模块来确定探头所在五合板的位置，处理器STC12C5628AD将这些信号整理成一个数组通过自身串口传给另一个微处理器STC12C5A60S2，微处理器STC12C5A60S2接收到这一数组时就还原成此微处理器能识别的信号，再通过LCD显示电路显示出来，同时微处理器通过时钟芯片DS1302获得实时的时间数据并显示在LCS显示屏上，由于本显示屏自带触摸功能，所以在显示模块上就不需要外接控制按键，就只需要对触摸屏编程就可以人为的控制整个系统的运行。
Science &Technology Vision科技视界0引言实践能力和创新意识是参加工程教育专业认证专业毕业生必须具备的核心素养,我国《工程教育专业认证标准》(2017年11月修订)[1]所给出的12条毕业要求中,多处出现对毕业生“实践能力和创新意识”的要求,足见其重要性。
目前,大学毕业生普遍存在眼高手低的问题,实践能力比较薄弱、创新意识不强。
限制大学生实践能力和创新意识提升的主要原因:绝大部课程仍然采用比较传统的教学模式和教学手段,教师单向的传授知识,学生被动地接受知识,不能适应日新月异的高等教育改革发展形势;学生在课程教学过程中侧重于理论知识的获取,不重视实践动手能力和创新意识的培养;在实践课程教学环节中,以验证性实验为主,综合型、研究型和创新型实验内容严重不足,并且与企业的工程需求相脱节;在课程考核和评价中,重理论知识考核,轻实践能力考核,导致学生的对实践能力和创新意识不够重视。
专业课程是实现人才培养目标的关键环节,如何将对学生实践能力和创新意识的培养目标融入专业课程的教学内容、教学方法及教学评价方式等教学设计中去,是当前工程教育专业认证背景下亟待解决的一个突出问题。
2019年,南京邮电大学光电信息科学与工程专业受理参加工程教育专业认证,并顺利通过了认证。
我们结合专业定位和特色,对该专业所开设的专业课程“光电检测技术”进行了改革和探索,拓宽了专业课程对大学生实践能力和创新意识的培养路径。
1专业课程对大学生实践能力和创新意识的培养路径1.1转变教育教学理念,构建传统与创新相融合的教学模式随着工程教育的迅速发展,传统的教学模式已经不能适应当前的高等教育发展形势,教师要转变教育教学理念,充分利用不同的教学辅助工具,构建传统与创新相融合的教学模式。
传统的课程教学中教师以知识的传授为主要目标,学生以接受知识为主要任务,课程的考核也是考核学生对知识的掌握情况,很大程度上忽略了学生实践能力和创新意识的培养。
毕业论文设计（论文）题目：心率测试仪设计摘要心脏的每一次搏动都会导致手指皮肤毛细血管产生一次充盈和收缩，该血脉变化信号可用于检测心率。
本课题设计了一种基于反射式光电传感器的心率测试仪，由反射式光电传感器提取出手指皮肤处的微弱脉搏信号并加以处理，使心率的测量显得更简便更精确。
本设计主要由六部分组成，包括测量电路、放大电路、滤波整形电路、倍频电路、控制电路和计数译码显示电路。
该设计的首要任务是测量电路中传感器的选取，其次就是信号的放大及滤波整形电路的设计，关键点是计数译码显示电路中计数和译码方式的选择。
该设计利用外置恒流源电路的反射式光电传感器，将人体的脉搏信号转变为可处理的电信号，再将所得电信号经过电压放大、滤除高频、A/D转换和倍频等处理得到数字脉冲信号，接着在由555定时器组成的闸门控制电路的控制下，经过计数器、译码器的处理，最终将心率测试结果用数码管显示出来。
利用Mulitisim仿真软件，可以对此心率测试仪实现仿真。
本设计只需要被测人把手指放在传感器内不足10秒钟就可以精确测量出心率值，测量结果用三位七段数码管显示。
本设计在仿真实验中，当输入1Hz正弦信号时，经过6次测试，心率平均值为60次/分钟，最大误差1.67%；当输入2Hz正弦信号时，经过6次测试，心率平均值为119次/分钟，最大误差1.68%。
仿真结果满足课题要求的当心率大于50次/分钟时，误差小于5%，仿真实验成功，所设计心率测试仪达到预期目的。
【关键词】心率测试仪反射式传感器Mulitisim仿真软件数字脉冲信号ABSTRACTThe heart beat of each time will cause the capillaries of finger skin have a filling and shrinkage, the changes of blood signal can be used for the detection of heart rate, which causes the finger skin producing the weak vibration. The vibration signal can be used to test the heart rate This topic designs a heart rate tester which is based on reflecting photoelectric sensor, By reflecting photoelectric sensor extracts the pulse signal from finger skin and process it, at last making the heart rate measurement appears more simple and precise.This design mainly by six parts, including measuring circuit, amplifying circuit, filtering plastic circuit, times frequency circuit, control circuit and count decode display circuit. As for the design , the selection of sensor is the primary task in the measurement circuit, followed by signal amplifier and filtering plastic circuit design, the key point is that the count of the counter decoder circuit and the choice of the ways of decoding.This design uses reflecting photoelectric sensor whose outer is constant current source circuit, this design makes the human body pulse signal into the electrical signals which can be handled, and then through the electrical signal voltage amplifier, filtering hf, A/D conversion and frequency doubling processing get digital pulse signal, and then process it under the control of the gate control circuit which is composed by 555 timing device, followed by the counter, decoder, eventually display the heart rate test results with A digital tube.Using Mulitisim simulation software can realize the simulation about the heart rate tester. This design only needs to the man putting his finger in the sensor less than 10 seconds to measure the value of heart rate, the measured results will be displayed with three seven period of digital pipe. This designed simulation results show that when the input 1 Hz sine signals, after six times test, average heart rate for 60 times/minutes, the maximum error 1.67%; When the input 2 Hz sine signals, after six times test, heart rate average of 119 times a minute, the maximum error of 1.68%. The simulation results meet requirements when the subject is greater than 50 / minutes heart rate, the error is less than 5%, the simulation experiment is successful, and the design of the heart rate tester achieved the expected purpose.【Key words】Heart rate tester Reflecting sensor Mulitisim simulation software Digital pulse signal目录前言 (1)第一章基于反射式光电传感器的设计 (2)第一节心率测试仪组成构架图 (2)第二节反射式光电传感器分析 (3)一、反射式光电传感器定义 (3)二、反射式光电传感器在心率测试仪中的应用 (3)三、传感器信号关系 (4)第三节设计方案分析 (5)一、测量法的选择 (5)二、技术指标要求 (6)三、测试误差分析 (6)第二章指尖脉搏信号采集 (8)第一节反射式光电传感器的工作原理 (8)第二节传感器恒流源电路 (9)第三章信号处理 (11)第一节放大电路 (11)一、电路说明 (11)二、电路仿真 (12)第二节滤波电路 (13)一、电路分析 (13)二、仿真波形 (15)第三节整形电路 (15)一、集成施密特触发器74LS14D (16)二、电路仿真 (16)第四节倍频电路 (17)一、利用简单门电路等组成的二倍频电路级联 (17)二、8倍频电路仿真 (18)第五节本章小结 (19)第四章心率显示 (20)第一节控制电路 (20)一、控制信号的产生 (20)二、启动清零的控制 (24)第二节计数译码显示电路 (25)一、计数器 (25)二、译码显示电路 (26)三、电路仿真图 (27)第三节系统测试 (28)第四节本章小结 (29)致谢.................................................................................................................. 错误!未定义书签。
光电离检测法
光电离检测法（Photoionization Detection, PID）是一种用于气相色谱（Gas Chromatography, GC）的检测技术，它利用光子能量将样品分子中的电子激发到足够高的能级，从而实现电离。
这种技术主要用于检测具有易电离特性的化合物，如芳香族化合物、多环芳烃（PAHs）和一些卤代烃等。
光电离检测法的基本原理是，样品分子在通过带有紫外光（UV）或可见光的检测器时，光子的能量被分子吸收，导致分子中的电子跃迁到更高的能级。
如果光子的能量足够高，电子可以脱离分子，使分子带正电荷，从而实现电离。
这些带电的分子（离子）随后被检测器中的电极捕获，产生电流信号，这个信号可以被用来定量分析样品中的化合物。
光电离检测法的优点包括：
高灵敏度：对于某些化合物，尤其是具有易电离特性的化合物，PID可以提供非常高的检测灵敏度。
选择性：PID对特定类型的化合物具有较好的选择性，因为它依赖于分子的电离特性。
简单性：PID检测器结构相对简单，操作和维护也较为容易。
然而，PID也有其局限性，例如对于不易电离的化合物，
如饱和烃类，PID的灵敏度可能较低。
此外，PID检测器对于光子和电子的传输效率有一定要求，因此在使用时需要考虑样品的物理和化学特性。
光电离检测法在环境分析、食品安全、法医学、石油化工等领域有着广泛的应用，尤其是在检测痕量和超痕量有机污染物方面表现出色。
本科学生毕业设计基于单片机的数字式光照强度检测系统的设计CAD图纸+单片机实验程序，联系153893706系部名称：机电工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化08-3班学生姓名：指导教师：职称：教授二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor's Degree The Digital Light Intensity DetectorSystem Base on MCUCandidate：Specialty：Machinery Design and Manufacturingand Its AutomationClass：08-3Supervisor：Heilongjiang Institute of Technology2012-06·Harbin目录摘要 (Ⅰ)A B S T R A C T (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 课题的意义、目的和要求 (1)1.1.1 课题的意义 (1)1.1.2 课题的目的 (1)1.1.3 课题的要求 (2)1.2 数字式光照强度检测仪的发展前景及趋势 (3)1.3 本课题主要研究的内容 (4)1.3.1单片机 (4)1.3．2 单片机发展历史及应用 (6)第2章系统概述 (9)2.1 系统方案的选择与论证 (9)2.2 光敏电阻简介 (10)2.3 本章小结 (13)第3章系统的硬件部分 (14)3.1单片机最小系统和通信模块的设计 (14)3.1.1单片机最小系统的设计 (14)3.1.2下载通信模块的设计 (16)3.2光敏电阻网络的设计 (17)3.3输出选择电路的设计 (18)3.4 A/D模数转换电路的设计 (20)3.5数码管显示电路的设计 (20)3.6 本章小结 (22)第4章系统软件部分 (23)4.1 软件流程图 (24)4.2Keil软件简介 (26)4.3 程序清单 (26)4.4 PROTUES软件绘图及仿真 (28)4.5 软件的调适与仿真 (29)4.5.1系统软件调试 (29)4.5.2 仿真结果 (30)4.6本章小结 (32)结论 (33)参考文献 (34)附录 (35)致谢 (37)摘要该数字式光照强度检测仪以单片机和模数转换为技术核心，具体由单片机最小系统、下载通信模块、A/D模数转换模块、光照方向检测模块、输出选择模块和数码管显示模块组成。
目录摘要 ...............................................................................I I ABSTRACT ........................................................................I II 1 绪论 . (1)1.1引言 (1)1.2国内外研究现状与发展趋势 (2)1.3研究内容 (4)1.4研究的目的与意义 (4)2 F-Θ透镜的工作原理 (5)2.1F-Θ透镜与普通透镜的区别 (5)2.2F-Θ透镜的特点及成像特点 (6)3 F-Θ镜头的设计思想 (8)3.1F-Θ镜头基本原理 (8)3.2F-Θ透镜的参数要求 (9)3.2结构及象质要求 (10)3.3F-Θ透镜设计实例 (14)4 系统扫描线性改善方法 (24)5 结论 (20)致谢 (28)参考文献···················································错误!未定义书签。
F-θ扫描物镜的设计与研究摘要随着激光应用技术的发展，出现了形形色色的以激光为光源的光学系统。
F-θ扫描物镜是广泛用于激光打印系统、激光测径系统中的一种特殊光学系统。
激光扫描监测系统是一个动态光学系统，想要获得微米级的测量的精度，就必须采用具有良好动态特性光学系统，一般采用F-θ透镜作为扫描发射光学系统，能够很好得解决这一问题。
摘要随着石油、天然气工业以及煤炭工业的发展，煤矿爆炸事故日益增加。
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数以煤为主要能源的国家之一。
在煤炭的生产、加工过程中产生的大量甲烷(CH4)及一氧化碳(CO)等易燃易爆气体，带来了煤矿安全、环境污染等一系列的问题。
因此，对煤矿生产、加工过程中产生的有害气体进行高灵敏度检测变得十分重要。
通信技术的发展使得光源及各种光纤器件性能更加完善。
因此，在各种气体传感器中光纤气体传感器受到国内外研究者的广泛关注。
光纤气体传感器因其敏感元件与检测电路和信号处理电路实现了完全的电隔离，使系统更加安全可靠。
本文基于差分检测原理，设计了用于气体传感中微弱信号测量的增益可调的便携式双光路光电检测和采集系统。
系统采用以AD795 为核心的低噪声、高灵敏度前置放大器，通过有效的抗干扰措施，实现了微弱信号的高精度低噪声检测，并配以具有极强抗噪性能的24bitsΣ－△模数转换芯片AD7794，完成高分辨率的数据采集。
通过AVR 单片机控制实现电路增益的自动调节，解决了差分检测中存在的小信号放大，大信号饱和的问题。
关键词：气体传感；光电检测；微弱信号测量；可调增益；数据采集AbstractAlong with the development of oil and natural gas industry,the coal mine exploding accident increased everyday.China is the country with the maximal coal yield and consumption,and also is one of the countries using coal as the most energy sources. Many kinds of inflammable and explosive gases such as methane(CH4)and carbon monoxide(CO)coexisting in the process caused a series of problem like the safety problem and environment pollution and so on.So it is very important to detect more sensitive the harmful gases engendering in the coal mine.目录第一章绪论1.1课题的来源及意义1.2光电检测系统概况和发展趋势1.3论文的主要工作第二章气体差分检测中光电检测技术应用的理论基础 2.1 气体差分检测技术原理2.2 光电检测技术原理2.3 气体差分检测中光电检测系统总体设计原理第三章气体差分检测中光电检测系统的设计3.1前置放大电路设计3.2自动控制增益电路设计3.3主放大电路与滤波电路设计3.4数据采集系统结束致谢附录参考文献：英文翻译第一章绪论1.1 选题的来源和意义利用光电传感器实现各类检测。
它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量。
近年来，随着光纤传感技术的飞速发展,光纤气体传感器也得到了广泛的研究和应用。
它具有灵敏度高、响应速度快、防燃防爆、不受电磁干扰、可以实现光信号的长距离传输和现场实时遥测等优点,所以对光电检测方法研究的关注也一直在增加。
光电检测技术的应用是广泛而有前景的，比如说在煤矿灾害事故防范中，瓦斯爆炸和矿井火灾占很大比例，而且二者常常伴随发生。
为了有效地控制井下事故发生，最大限度地减少人员伤亡事故，加强对甲烷和一氧化碳在井下环境空气中浓度的实时监测，积极开发对井下有害气体的实时监测系统，将甲烷和一氧化碳气体传感探头安装在井下生产现场中，及时检测环境空气中有害气体的含量，并将气体传感器与报警装置、保护系统联动，以减少事故的发生。
这些措施对于保障井下职工的身体健康和矿井安全生产具有极其重要的意义。
在本次设计中根据气体差分测量的具体应用，针对微弱信号检测中的稳定性和噪声问题设计了一种极微弱光电流信号检测电路；本系统采用程控增益可调电路，有效的检测气体吸收信号的同时很好的解决了参考信号易饱和的问题；自动增益系统采用ADG10204芯片控制整个光电检测、采集形成一个便携式系统；系统具有很高的精度和稳定性，能有效的满足气体差分检测的要求的检测系统。
1.2 光电检测系统概况和国内外发展情况及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测预报和控制已成为煤炭、石油、化工、环保等部门迫切解决的问题。
气体传感技术一直是传感器技术领域的一个重要前沿课题。
光纤传感技术及光电探测技术发展,光纤的本质安全及便于遥控遥测的特点,使得气体光纤传感检测系统更具有优越性。
目前,光谱吸收型光纤气体传感器是比较接近于实用化的一种气体传感器,本文基于气体的差分吸收检测原理,以甲烷为实验气体,设计用于检测系统的微弱信号处理电路系统。
随着科技发展的日新月异，光电检测技术已经发展出纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术；小型、快速的微型光、机、电检测系统在各个领域应用越来越广泛。
非接触、快速在线测量已经取代原始的接触式，较缓慢的检测技术，并向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术方向发展；闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。
向人们无法触及的领域发展。
光电跟踪与光电扫描测量技术等先进的光电检测技术的进步和广泛应用将对人们生活，工业生产甚至国防科技产生巨大影响和改革。
随着光纤传感技术的飞速发展,光纤气体传感器也得到了广泛的研究和应用。
它具有灵敏度高、响应速度快、防燃防爆、不受电磁干扰、可以实现光信号的长距离传输和现场实时遥测等优点,所以对光电检测方法研究的关注也一直在增加。
1.3 论文主要工作1、系统总体框图的设计2、前置放大电路的设计3、自动增益控制电路的设计4、数据采集系统的设计第二章 气体差分检测中光电检测技术应用2.1 气体差分检测技术原理2.1.1 差分吸收光纤传感机理光波通过介质时,部分被介质吸收和散射,余下的按原来传播的方向继续前进。
由Beer 定律可知，光的吸收系数、物质的浓度、通过吸收介质的长度与透射光强满足：)](exp[δγβα+++-=L cL I I o (1)式中, I 、I o 分别是透射和入射光强；α是一定波长下的单位浓度、单位长度介质的吸收系数；β 是瑞利散射系数；γ是米氏散射系数；δ是气体密度波动造成的吸收系数；L 是待测气体与光相互作用的长度；c 是待测气体的浓度。
当用光纤传感系统检测气体时，(1) 式还应包含比例系数K ，则可改写为)](exp[δγβα+++-=L L cL KI I O (2)仅从(2) 式来确定待测气体的浓度c 是困难的。
因为δ反映平均数, 它随时间变化, 且是随机量。
如果用2个波长(λ1、λ1) 相隔极近(但在吸收系数上有很大差别)的单色光同时或相差很短时间内通过待测气体，则有：)]}()()()([exp{)()()(1111111λδλγλβλαλλλ+++-=L L cL I K I O (3))]}()()()([exp{)()()(2222222λδλγλβλαλλλ+++-=L L cL I K I o (4)由式(3) 和式(4) , 待测气体的浓度可以表示为)]}()([)]()([)]()([)()(ln )()()()({ln )]()([121212*********λδλδλγλγλβλβλλλλλλλαλα-------=L L I I I K I K L c(5)由于λ1、λ2 相差很小, 并且光是几乎同时接近和通过待测气体的, 可以认为)()(),()(),()(212121λδλδλγλγλβλβ≈≈≈这样(5) 式就可以化简为)()()()()()(ln ])()([112221121λλλλλλλαλαI I K I I K L c o o -= (6) 适当调节光学系统使)()()()(2211λλλλo o I K I K = (7)(6) 式又可简化为)()(ln )]()([11221λλλαλαI I L c -= (8) 由光学上的相近条件,有:1)]()([21〈〈-L C λαλα实际应用中, 波长λ的光对应检测气体的吸收谱线, 波长λ的光不被检测气体吸收(即参考波长) ,在测试过程中为空值, 因此有I ( λ1) < I ( λ2 ) ,I (λ2 )／I (λ1) > 1 和I (λ1 )／I (λ2 ) < 1。
对ln [ I(λ2 )／I(λ1 ) ]进行泰勒展开:)()()()]1)()((1ln[)()(ln 2122112λλλλλλλI I I I I I I -≈-+-= (9) 所以气体浓度为)()()()()(121221λλλλαλαI I I c --= (10) 在波长λ1，λ2下, 若气体的吸收系数α1、α2可以测量,则气体浓度就可以从I(λ1) - I (λ2) 和I(λ2) 的测量中求出。
这种方式称为差分吸收式。
2.1.2 差分检测系统工作原理当光波通过气体介质时,部分光能量会被气体吸收,剩余部分会继续按照原来的方向传播。
所以通过充有待测气体的气室的光信号的强度会减弱,而光强减弱的程度与待测气体的浓度有关,根据比尔—朗伯定律:)exp()()(LC I I m o αλλ-=.式中：I0 (λ) 为输入光强度；I (λ) 为输出光强；λ为光的波长；C 为待测气体浓度；L 为光通过吸收介质的长度；αm 为单位长度的介质吸收系数。
对上式进行变换可得:)()(ln 1λλαI I L C o m =，由式可知,因为L 为已知的定量，根据λ值可以得到αm ，所以我们通过测定I0 (λ) 和I (λ) 就可以求出待测的气体浓度C 。
不同的气体有不同的吸收谱线,只有光源发出的入射光强位于待测气体吸收谱线的位置时才能发生上述的气体吸收作用。
所以，首要的问题是找到气体的吸收谱线。
2.1.3 CH 4 的吸收谱线甲烷气体具有4 个固有的振动: V 1 =2913.0cm- 1 , V 2 = 1533.3 cm - 1 , V 3 = 3018.9cm- 1 , V 4 = 1305.9 cm- 1 ,每一个固有振动对应一个光谱吸收区,甲烷气体的本征吸收谱区在λ 1 =3.43μm ,λ 2 = 6.78μm ,λ 3 = 3.31μm ,λ4 = 7.66μm 处。
然而,工作在室温下的LED 仅在2μm 以下的波长范围内适用,常用的低损耗光纤也被限制在这个波长范围内。
