發(fā)布時間：2017-10-05 20:08

  本文關(guān)鍵詞：脈沖波腔衰蕩光譜信號采集關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 腔衰蕩光譜 觸發(fā)方式 高速數(shù)據(jù)采集 衰蕩時間

【摘要】：進(jìn)入21世紀(jì)全世界掀起了對海洋領(lǐng)域開發(fā)的熱潮,各國對海洋的關(guān)注程度不斷攀升。海水中蘊(yùn)含豐富的天然氣資源,因此對水中溶存性氣體濃度檢測的研究具有重要意義。激光腔衰蕩光譜技術(shù)具備光譜選擇性好、檢測靈敏度高和定量研究的能力,有可能成為探測天然氣水合物的有效手段之一。本論文以脈沖波腔衰蕩光譜(Cavity Ringdown Spectroscopy, CRDS)技術(shù)為依托,設(shè)計(jì)一種小型化、集成化的脈沖波腔衰蕩光譜信號采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電子控制部分包括ART高速數(shù)據(jù)采集卡、臺灣研華PC104工控機(jī)和同步觸發(fā)信號發(fā)生電路。由于衰蕩信號持續(xù)時間非常短暫,因此高速數(shù)據(jù)采集卡的觸發(fā)方式的選擇是一個關(guān)鍵性問題。本論文選用腔前模式匹配鏡分出來的一束光,用GT101光電二極管檢測信號作為數(shù)據(jù)采集卡的同步觸發(fā)脈沖,通過用C#對系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的控制。為確保采集到衰蕩信號,實(shí)驗(yàn)時選取中間觸發(fā)方式來完成腔衰蕩信號的采集。針對脈沖波腔衰蕩信號的特點(diǎn),對采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)用Origin軟件進(jìn)行波形還原和指數(shù)擬合,使用相關(guān)系數(shù)作為評價依據(jù)找到了符合腔衰蕩信號規(guī)律的數(shù)據(jù)點(diǎn),并計(jì)算出了衰蕩時間。本論文的主要內(nèi)容包括：1)搭建電子控制系統(tǒng)模塊,將PC104工控機(jī)和ART高速數(shù)據(jù)采集卡對接。在Microsoft Visual Studio 2010環(huán)境下使用C#編寫程序,完成對數(shù)據(jù)采集卡的功能控制。借助函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生與脈沖波腔衰蕩信號相似的信號,電子控制模塊采用不同的觸發(fā)方式進(jìn)行信號采集,采集到的波形信號和函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的波形信號一致,驗(yàn)證了信號采集系統(tǒng)的功能。2)詳細(xì)介紹了脈沖波腔衰蕩光譜技術(shù)原理以及光學(xué)系統(tǒng)中主要設(shè)備的參數(shù)型號。搭建光學(xué)系統(tǒng)模塊,利用MPL-Ⅲ-532脈沖激光器發(fā)射激光,激光經(jīng)過模式匹配鏡進(jìn)入衰蕩腔,從衰蕩腔中透射出來的信號即為脈沖波腔衰蕩信號。示波器顯示衰蕩信號波形,驗(yàn)證了光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生衰蕩信號的功能正常。3)將電子控制系統(tǒng)模塊與光學(xué)系統(tǒng)模塊聯(lián)合調(diào)試,實(shí)現(xiàn)對腔衰蕩信號的高速數(shù)據(jù)采集,采集到的數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)中。利用Origin軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行波形還原和指數(shù)擬合,通過比較相關(guān)系數(shù)完成對衰蕩時間的計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)測試,電子控制系統(tǒng)模塊和光學(xué)系統(tǒng)模塊工作正常,兩大模塊聯(lián)合調(diào)試的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展順利。在本論文中,光學(xué)系統(tǒng)中衰蕩腔長0.5m,高反射鏡的反射率為99.6%,脈沖波衰蕩時間的理論值為417ns。信號采集系統(tǒng)成功的采集到衰蕩信號,實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)采集的功能。整個系統(tǒng)的設(shè)備體積小、性能穩(wěn)定、易于集成,解決了系統(tǒng)小型化的問題。由于時間倉促本系統(tǒng)未能進(jìn)行樣品測試和水下測試,還需要開展進(jìn)一步的工作。
【關(guān)鍵詞】：腔衰蕩光譜 觸發(fā)方式 高速數(shù)據(jù)采集 衰蕩時間
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 研究背景和意義11-13
• 1.2 CRDS研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3 本論文工作與安排17-19
• 2 腔衰蕩光譜技術(shù)原理19-25
• 2.1 CRDS基本結(jié)構(gòu)器件及其定量分析19-24
• 2.1.1 CRDS基本結(jié)構(gòu)19-20
• 2.1.2 CRDS主要工作器件20-21
• 2.1.3 CRDS技術(shù)定量分析21-23
• 2.1.4 CRDS技術(shù)檢測靈敏度23-24
• 本章小結(jié)24-25
• 3 信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)25-41
• 3.1 信號采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)26-29
• 3.1.1 工控機(jī)選型26-27
• 3.1.2 高速數(shù)據(jù)采集卡選型27-29
• 3.2 模塊配置與調(diào)試29-32
• 3.2.1 設(shè)置觸發(fā)源29-30
• 3.2.2 設(shè)置采集模式30-31
• 3.2.3 時鐘設(shè)置和自動校準(zhǔn)31-32
• 3.3 信號采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)32-38
• 3.3.1 ART高速數(shù)據(jù)采集卡函數(shù)接口33-35
• 3.3.2 基于接口函數(shù)的程序編寫35-38
• 3.4 信號采集系統(tǒng)調(diào)試38-40
• 本章小結(jié)40-41
• 4 Pulsed-CRDS信號采集系統(tǒng)測試41-61
• 4.1 Pulsed-CRDS信號采集系統(tǒng)框圖41-42
• 4.2 光學(xué)系統(tǒng)42-46
• 4.2.1 激光信號源和驅(qū)動電流源42-44
• 4.2.2 模式匹配鏡模塊44-45
• 4.2.3 光學(xué)衰蕩腔45
• 4.2.4 光電倍增管模塊45-46
• 4.3 光學(xué)系統(tǒng)調(diào)試46-48
• 4.4 Pulsed-CRDS信號采集系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及數(shù)據(jù)分析48-58
• 4.4.1 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試48-50
• 4.4.2 數(shù)據(jù)分析50-58
• 本章小結(jié)58-61
• 5 總結(jié)及展望61-63
• 5.1 論文工作總結(jié)61-62
• 5.2 下一步工作展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 附錄69-77
• 附錄169-75
• 附錄275-76
• 附錄376-77
• 致謝77-79
• 個人簡歷79

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