随着国家能源对煤矿的需求不断增加,保障矿产的生产安全已经至关重要。但是近年来,由于煤矿爆炸而引起的煤矿灾害逐年增加,已经给国家和人民的财产安全带来巨大的损失。然而,除了甲烷是引起煤矿爆炸的主要气体以外,CO这种易燃易爆的气体也是引起煤矿爆炸和火灾的罪魁祸首。研制一款拥有自主知识产权、低成本、可靠、快速响应的矿用红外一氧化碳检测仪已经刻不容缓。本论文来源于中国国家科技支撑计划“煤矿突水、火灾等重大事故防治关键技术与装备研发”重大课题,项目名称为:煤矿用红外CO检测仪(传感器)研发(项目编号:2013BAK06B04)。本论文利用自主研制的球面反射聚光气室,基于单光源双通道的检测结构,有效的消除了光源和光路的干扰,以锁相放大技术为信号处理的核心技术,成功研制出了 ICD-Ⅰ型红外一氧化碳检测仪,对样机的进行了标定,研究了样机的检测性能。该样机的最低检测下限为10 ppm;当检测气体浓度超过100 ppm时,该仪器的相对误差为-1.7%～+1.9%;对浓度为100 ppm和1000 ppm浓度的气体,长时间测量稳定性,其相对误差分别为0.9%和5.5%。该检测仪在保障煤矿安全有着巨大的应用前景。此外搭建了虚拟一氧化碳检测系统,设计了适合该检测系统的虚拟锁相放大器,有效的提高了该虚拟检测系统的检测性能。针对研制的虚拟检测系统,我们开展了气体实验,分析了该检测系统的检测性能。在一氧化碳浓度0～0.4%的范围内,相对检测误差小于4.1%。对于气体浓度0.1%和0.4%长达24小时的检测结果表明相对误差分别小于9.8%和2.2%。综上所述,基于LabVIEW虚拟仪器对于检测CO浓度具有很大的实用价值。同时基于ICD-Ⅰ型红外一氧化碳检测仪,我们通过时分复用的方法研究出了多气体检测系统的模型,为MEMS宽带热光源应用于多气体检测奠定了研究基础。创新点:1、根据光源的发光特性,设计并制作了与之匹配的光路和聚光气室:(1)光源IR55的发散角为15度,制作了与之匹配的光程为40cm的球面反射镜聚光气室;(2)光源ReflectIR-P1S发出是平行光,制作了与之匹配的光程为80cm的平面反射镜聚光气室。2、将锁相放大技术应用于红外气体检测中,自主研制了一款4Hz数模混合的锁相放大器,在此基础上研制了 ICD-Ⅰ型红外一氧化碳检测仪,该样机的最低检测下限为10 ppm,极大程度上提高了系统的信噪比,提高了仪器稳定性和灵敏度。3、依托ICD-Ⅰ型红外一氧化碳检测仪,从电学系统和光学系统两方面做了延伸性研究:(1)利用虚拟软件平台LabVIEW的优秀的数据处理能力,通过改进电学系统的信号处理电路,设计了虚拟锁相放大器,搭建了虚拟红外一氧化碳检测系统,将其应用于气体检测领域;(2)通过改进光学系统,利用分时复用的方法可以构建了多种气体的检测系统。