石油产品特性的近红外测量技术研究

论文摘要

近红外光谱技术是现代分析技术中最为重要和应用最广的手段之一。当代工业、环境、农业等行业中,对于高性价比的便携式近红外光谱仪的需求日益增加。本文在对近红外光谱技术现状和发展趋势进行分析的基础上,设计和开发了基于LED和滤光片的近红外光谱仪样机系统,其特点是:便携式、低成本、低功耗和较高的测量精度。首先,按照近红外光谱分析系统所确立的特点目标:“便携式、低成本、低功耗和较高的测量精度”,进行了光、机、电一体化的系统功能概要设计,包括:总体技术路线和关键技术的确定;基于石油产品性质测量的背景要求,进行近红外滤光片的数目和波长的选择;以总目标和技术路线为基础,完成了光路和电路系统的方案设计。其次,根据方案设计完成了近红外光谱仪样机系统的硬件和软件系统开发,包括:主要元器件选型、锁相放大技术电路硬件子系统、环境和样品池温度传感器硬件子系统等、单片机监控软件系统、实验研究数据采集与人机界面系统等。第三,建立了有关乙醇预测的多元线性回归校正模型和偏最小二乘校正模型、开发了校正模型的软件模块。最后,对开发的近红外光谱分析系统进行了性能测试,包括:稳定性,重复性,信噪比;完成了与石油产品性质测量的背景要求密切相关的应用实验研究,包括:乙醇-水液体中乙醇含量的预测、乙醇-汽油液体中乙醇含量的预测。测试和实验研究结果表明,样机系统是可行的、可靠的和有效的,达到了预期设计要求。本文还对样机系统测试和实验中存在的问题、产生的原因进行了初步分析,提出了相应的改进意见,为下一步研发工作提供了借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 近红外测量技术国内外研究现状
• 1.2 基于LED 和滤光片式红外光谱检测系统的特点及现状
• 1.2.1 LED 在红外光谱仪中的应用
• 1.2.2 分立波长的红外光谱仪研究现状
• 1.3 研究的目的和意义
• 1.4 系统方案和结构安排
• 第二章 近红外光谱定量分析理论及光电检测技术
• 2.1 概述
• 2.2 定量分析基础
• 2.2.1 朗伯-比尔吸收定律
• 2.2.2 吸光度加和定律
• 2.2.3 光谱测定方式
• 2.2.4 数据处理方法简介
• 2.3 光电检测技术
• 2.3.1 发光二极管及其特性
• 2.3.2 光电检测器
• 2.4 锁相放大技术
• 第三章 测量系统硬件及软件设计
• 3.1 方案设计
• 3.2 DDS 信号源设计
• 3.2.1 信号源方案及其比较
• 3.2.2 AD9851 简介及应用
• 3.2.3 程序设计
• 3.3 电压电流转换
• 3.4 信号调理电路
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 光电放大电路设计
• 3.4.3 带通滤波电路设计
• 3.4.4 移相电路设计
• 3.4.5 相敏检测及低通滤波电路设计
• 3.5 单片机系统
• 3.5.1 MSP430F449 单片机简介
• 3.5.2 AD 转换
• 3.5.3 单片机端串口通信模块
• 3.6 上位机软件设计
• 3.6.1 VB6.0 及MSComm 串口控件
• 3.6.2 基于VB6.0 和DAO 的数据库技术
• 3.7 其他设计
• 3.7.1 电源
• 3.7.2 屏蔽
• 3.7.3 温度检测及DS18B20 简介
• 3.7.4 光学配件及机械结构设计
• 第四章 系统性能测试及应用研究
• 4.1 系统性能测试
• 4.1.1 重复性
• 4.1.2 稳定性
• 4.1.3 信噪比
• 4.2 白酒酒精度的测量
• 4.2.1 问题的提出及测量原理
• 4.2.2 实验材料及步骤
• 4.2.3 数据分析及评价
• 4.3 乙醇汽油中乙醇含量的检测
• 4.3.1 问题的提出及测量原理
• 4.3.2 实验材料及步骤
• 4.3.3 数据分析及评价
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢