本文關(guān)鍵詞：提高便攜式近紅外光譜儀精度的改進研究

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【摘要】：近紅外光譜分析技術(shù)具有分析速度快、樣品前處理簡單、無損測量等優(yōu)點,在農(nóng)業(yè)、制藥、石化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。便攜式近紅外光譜儀受體積、功耗及使用環(huán)境的限制,使之與實驗室儀器相比,在儀器精度方面存在較大的差距,嚴重影響了便攜式近紅外光譜儀在各領(lǐng)域的應(yīng)用和近紅外光譜技術(shù)的推廣。因此,針對實驗室自主研制的基于數(shù)字鎖相放大技術(shù)的便攜式光柵近紅外光譜儀PISA-S-4N,開展提高儀器精度的方法和實驗研究。針對便攜式近紅外光譜儀PISA-S-4N精度較低的問題,根據(jù)光譜儀結(jié)構(gòu),分析儀器系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換放大傳輸過程,確定了影響儀器精度的主要模塊及相關(guān)參數(shù):調(diào)制器穩(wěn)速控制模塊的調(diào)制頻率的穩(wěn)定性、傳感器恒溫控制模塊的控制溫度的穩(wěn)定性、數(shù)字解調(diào)采集控制模塊解調(diào)算法對頻率波動的適應(yīng)性,并提出了相應(yīng)的改進方案。針對光譜儀調(diào)制器鎖相環(huán)穩(wěn)速控制模塊穩(wěn)速效果差的問題,基于PID技術(shù),結(jié)合H橋電機驅(qū)動芯片、單片機控制器,通過程序控制減小調(diào)制扇加工及安裝誤差對穩(wěn)速控制的影響,設(shè)計了穩(wěn)速控制模塊;針對原傳感器恒溫控制模塊控溫精度低的問題,基于PID技術(shù),結(jié)合橋式測溫電路、半導(dǎo)體制冷器專用驅(qū)動芯片、單片機控制器,設(shè)計了恒溫控制模塊;針對實驗室基于4N倍數(shù)字正交解調(diào)原理的采集控制模塊解調(diào)對頻變輸入信號解調(diào)存在誤差的問題,基于本實驗室提出的具有頻率自適應(yīng)的簡化鎖相放大器原理,設(shè)計了整周期數(shù)字解調(diào)采集控制模塊,利用單片機代替CPLD+DSP實現(xiàn)整周期解調(diào)算法,算法簡單、電路簡化。通過與光譜儀原模塊的實驗對比,調(diào)制器穩(wěn)速控制模塊穩(wěn)速波動量由5.67Hz減小到3.01Hz,應(yīng)用于PISA-S-4N光譜儀,儀器信噪比由原來的1777提高到3496;傳感器恒溫控制模塊控溫波動量由0.89℃減小到0.11℃,應(yīng)用于PISA-S-4N光譜儀,儀器信噪比提高到2259;基于整周期數(shù)字解調(diào)算法的采集系統(tǒng)改進,實現(xiàn)硬件電路的簡化和軟件算法的優(yōu)化,儀器信噪比提高到3827;將上述三個模塊集成到便攜式近紅外光譜儀系統(tǒng)中,儀器信噪比指標提高到4938。
【關(guān)鍵詞】：便攜式近紅外光譜儀 精度 PID控制 數(shù)字解調(diào) 調(diào)制器
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 研究背景及意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 便攜式近紅外光譜儀器現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 電機穩(wěn)速控制技術(shù)14-15
• 1.2.3 制冷控制技術(shù)15-16
• 1.2.4 光譜調(diào)制信號解調(diào)技術(shù)16-17
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 影響PISA-S-4N精度的模塊分析和改進方案設(shè)計18-26
• 2.1 便攜式近紅外光譜儀結(jié)構(gòu)18-20
• 2.2 調(diào)制器穩(wěn)速控制模塊對光譜儀精度的影響分析20-22
• 2.3 傳感器恒溫控制模塊對光譜儀精度的影響分析22-24
• 2.4 采集控制模塊對光譜儀精度的影響分析24-25
• 2.5 光譜儀改進方案設(shè)計25-26
• 第3章 調(diào)制器穩(wěn)速控制模塊改進設(shè)計26-35
• 3.1 調(diào)制器PID穩(wěn)速控制模塊方案設(shè)計26-27
• 3.2 調(diào)制器PID穩(wěn)速控制模塊硬件電路設(shè)計27-30
• 3.2.1 光耦及整形電路27
• 3.2.2 H橋驅(qū)動電路27-29
• 3.2.3 單片機控制器29-30
• 3.3 調(diào)制器PID穩(wěn)速控制模塊軟件設(shè)計30-32
• 3.4 實驗及分析32-35
• 3.4.1 實驗器材32-33
• 3.4.2 實驗方法33
• 3.4.3 實驗結(jié)果與分析33-34
• 3.4.4 實驗結(jié)論34-35
• 第4章 傳感器恒溫控制模塊改進設(shè)計35-46
• 4.1 半導(dǎo)體制冷器與溫度傳感器35-37
• 4.1.1 半導(dǎo)體制冷器35-36
• 4.1.2 溫度傳感器36-37
• 4.2 傳感器PID恒溫控制模塊方案設(shè)計37
• 4.3 傳感器PID恒溫控制模硬件電路設(shè)計37-42
• 4.3.1 電橋和放大電路37-38
• 4.3.2 AD轉(zhuǎn)換電路38-39
• 4.3.3 溫控驅(qū)動電路39-41
• 4.3.4 DA轉(zhuǎn)換電路41-42
• 4.3.5 單片機控制器42
• 4.4 傳感器PID恒溫控制模塊軟件設(shè)計42-43
• 4.5 實驗與分析43-46
• 4.5.1 實驗器材43
• 4.5.2 實驗方法43-44
• 4.5.3 實驗結(jié)果與分析44-45
• 4.5.4 實驗結(jié)論45-46
• 第5章 數(shù)字解調(diào)采集控制模塊改進設(shè)計46-55
• 5.1 整周期數(shù)字解調(diào)采集控制模塊方案設(shè)計46-47
• 5.2 整周期數(shù)字解調(diào)采樣控制模塊硬件電路設(shè)計47-50
• 5.2.1 濾波放大電路47-49
• 5.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路49
• 5.2.3 單片機控制器49-50
• 5.3 整周期數(shù)字解調(diào)采樣控制模塊軟件設(shè)計50-52
• 5.4 實驗與分析52-55
• 5.4.1 實驗器材52
• 5.4.2 實驗方法52
• 5.4.3 實驗結(jié)果與分析52-54
• 5.4.4 結(jié)論54-55
• 第6章 便攜式近紅外光譜儀精度改進對比實驗55-62
• 6.1 調(diào)制器穩(wěn)速控制模塊改進對信噪比的影響實驗55-57
• 6.1.1 實驗器材55
• 6.1.2 實驗方法55-56
• 6.1.3 實驗結(jié)果對比與分析56-57
• 6.1.4 結(jié)論57
• 6.2 傳感器恒溫控制模塊改進對信噪比的影響實驗57-59
• 6.2.1 實驗器材57
• 6.2.2 實驗方法57
• 6.2.3 實驗結(jié)果對比與分析57-58
• 6.2.4 結(jié)論58-59
• 6.3 綜合改進對信噪比的影響實驗59-62
• 6.3.1 實驗器材59
• 6.3.2 實驗方法59
• 6.3.3 實驗結(jié)果對比與分析59-61
• 6.3.4 結(jié)論61-62
• 第7章 總結(jié)與展望62-64
• 參考文獻64-70
• 作者簡介及科研成果70-71
• 致謝71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙毅;文瑤;孫紅;李民贊;張猛;吳李p，

本文編號：1108696