论文摘要
近红外水分检测仪是基于水对近红外光有特征吸收光谱,被吸收能量与物质含水率有关,吸收规律符合朗伯一比尔定律。反射式近红外水分检测仪检测速度快,可以在线实时检测粉粒物料的含水率,而且属于非接触式检测。近红外水分检测仪利用内外两个光路和两个参比波段,能够有效地抑制光源波动和质地变化带来的干扰。本课题在仔细研究了近红外水分检测仪的工作原理之后,针对以往的近红外水分检测仪不能准确检测烧结混合料含水率的问题,设计了新的模拟电路和数字电路以及供电系统。应用P1D控制算法,使探测器温度稳定在15℃,提高了信噪比,得到了低噪声的信号波形。设计了新的水分计算算法,并编写了系统软件。经过标定和误差分析,近红外水分检测仪能够较准确的检测烧结混合料的含水率。硬件方面,设计了主控板电路和电源系统。主控板电路包括模拟部分和数字部分。其中模拟电路负责信号的滤波、放大,数字电路负责同步信号检测、信号采样、数据处理、数据显示和通信等功能。电源系统主要负责为模拟电路、数字电路、探测器制冷、光源和电机等各个模块供电。软件方面,针对同步检测电路的中断位置不是信号波形的峰值,因此无法准确采样信号的问题,应用单片机定时器延时来准确采样信号峰值。应用增量式PID控制算法,实现了对探测器温度的稳定控制。编写了C8051F005和C8051F340的程序。设计了数据滤波算法、单片机之间的串口通信等程序。‘设计了水分计算算法,使之能够有效的抑制光源波动和质地变化带来的干扰。编写了上位机软件,实现了对物料含水率、探测器温度和水分曲线的实时显示,并对AD采样值、探测器温度值和含水率进行实时存储。对优化后的近红外水分检测仪进行了标定实验和误差分析。实验证明,经过优化的近红外水分检测仪能够较准确的检测烧结混合料的含水率,仪器的性能得到提高。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 课题研究背景与重要意义1.2 水分检测原理综述1.2.1 干燥法1.2.2 电容法1.2.3 电导法1.2.4 卡尔·费休法1.2.5 微波法1.2.6 近红外法1.3 近红外水分检测的研究现状和发展方向1.4 本课题的研究内容与主要工作第2章 近红外光谱特性与水分检测原理2.1 近红外光谱简介2.1.1 红外光谱概念2.1.2 近红外光谱吸收机理2.2 近红外水分检测技术的原理2.2.1 朗伯比尔定律2.2.2 水的近红外吸收光谱2.2.3 基于抗干扰设计的三波段六光束方案2.2.4 测量波段与参比波段的选择2.2.5 近红外水分仪的检测原理2.2.6 近红外水分检测的特点2.3 本章小结第3章 近红外水分检测仪的结构和优化3.1 近红外水分检测仪的总体结构3.1.1 近红外水分检测仪的结构组成3.1.2 近红外水分检测仪的工作过程3.2 红外探测器的分析和选择3.2.1 红外光电探测器原理简介3.2.2 红外探测器的选择3.2.3 PbS探测器的噪声来源3.2.4 PbS探测器的噪声处理3.3 光源的选择3.4 分光调制系统3.4.1 分光器件的选择与原理3.4.2 调制系统的设计和电机的选择3.5 本章小结第4章 系统电路的优化与实现4.1 模拟信号处理电路设计4.1.1 PbS探测器偏置电路的设计4.1.2 前置放大电路4.1.3 带通滤波电路4.1.4 后级增益可调放大电路4.1.5 限幅保护电路设计4.2 数字电路部分设计4.2.1 C8051F005和C8051F340之间串行通信4.2.2 同步信号检测电路4.2.3 键盘与LED数码显示电路4.2.4 DS1302实时时钟4.2.5 串口通信4.3 电源系统的设计和优化4.3.1 近红外水分检测仪电源需求分析以及总体设计4.3.2 数字电路供电设计4.3.3 模拟电路供电设计4.3.4 光源供电设计4.3.5 制冷电路的设计4.4 本章小结第5章 系统软件的优化设计5.1 C8051F005程序设计5.1.1 同步信号类型的判断5.1.2 数据滤波处理5.1.3 C8051F005程序流程图5.2 C8051F340程序设计5.3 探测器温度控制5.3.1 探测器温度控制原理5.3.2 探测器温度控制程序设计5.4 上位机软件的设计5.5 本章小结第6章 近红外水分检测仪的标定与误差分析6.1 水分计算算法的研究6.2 水分的标定实验6.3 水分曲线的拟合6.4 测量结果验证6.5 系统的误差与影响因素分析6.5.1 近红外水分检测仪的系统误差6.5.2 其他因素带来的误差6.6 本章小节第7章 结论与展望7.1 结论7.2 展望参考文献致谢
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