韩东龙开题报告1

毕业设计开题报告

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题 目：基于光电位置敏感器的液体浓度测量系统设计 学生姓名： 韩东龙 学 号： 080803113 专 业： 测控技术与仪器 指导教师： 王烨

2012年 2月 26日

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文献综述

1.1本课题研究的意义及目的

制造技术的精密化和用户要求的提高促使设计者及制造商寻求更快、更准确地测量产品参数的方法，在基础研究、化学分析、污染物检测、诊断学、食品、半导体制造业以及科研、国防等领域内需要对液体浓度进行精确的测量，进而满足生产过程中的一系列生产应用。在开发和最终产品的在线测量中, 诸如折射率和光吸收测量等光学手段得到越来越多的应用, 其中一个引人注意的领域就是1液体浓度的变化会引起液体折射率的变化，对本文将题及的液体浓度的测量。○于固定的入射光线，折射率的变化会导致出射光线发生偏移，利用光电位置敏感器件检测出光线偏移量的大小，便可得到液体的折射率，进而计算出液体浓度。 1.2浓度检测国内外研究现状

纺织品染色过程中，对染液进行在线监测和控制是染色工作者长期以来的愿望。2O世纪70年代，国外就已开发出了染料浓度实时监测试验设备[1]。近几年，瑞士Mathis公司开发出可自动在线测量染料浓度的Smart Liquor试验机；瑞士Roaches公司也研发了具有类似功能的Colortec型试验机。这些仪器现在主要用于染色工艺研究，但前者经适当改装也可用于生产中的染液浓度监测。近年来，我国一些企业如常州宏大科技集团等已开发了印染生产中亟需的pH值和织物含湿率等在线测试系统，但在染料浓度在线监测设备方面仍然处于空白。我国现有的相关在线自控染色设备，主要是轧染中轧液率的实时监测与控制系统，但在线由于存在种种困难，其还不能监测染液中染料浓度的变化。染料浓度设备的缺乏，使得我国的染色工作者对染料上染过程的研究和认识还只能停留在较低水平。 近几年，利用光纤光栅实现对液体折射率和浓度测量的研究也有所报道，如李志全[2]等采用简化的3层光纤模型，利用耦合模理论对长周期光纤光栅周围环境折射率、浓度敏感特性进行研究，并用计算机进行模拟机数值计算，得出长周期光纤光栅投射谱谐振波长与环境折射率及浓度的广西。关寿华等[3]基于长周期光纤光栅对黄金折射率敏感的特性，设计制作了一种基于单端长周期光纤光栅的新型浓度传感器，并采用单端镀银、减小光栅区包层等措施提高了分辨率，利用此传感器测量了CaCl2,NaCl溶液浓度变化。将光纤光栅的包层做化学腐蚀处理后，将被测液体直接作为光纤光栅的包层，当被测液体的折射率或浓度变化时，也会导致反射光盘的变化，利用这一原理，也可以实现液体折射率或浓度的测量[4]。上述各种方法，都是利用外界环境的折射率变化，这节是想对液体折射率或浓度的测量，由于温度、液体腐蚀等影响，测量的可靠性受到一定的影响。 1.3光感位置敏感器测浓度技术原理

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1．1 液体浓度和液体折射率关系对一种水溶液来说，其浓度大小表示了它与水的所占比例的关系．在浓度不是很大且没有发生化合、结合的情况下，溶液折射率可写成 n=c1n1+c2n2式中，c表示百分含量；n为待测物的折射率；n1 为玻璃折射率，n2为水的折射率．○5 1．2 浓度检测的光学原理

如图所示，测量水槽分为两部分，一部分装有参考的液体(蒸馏水)，另一部分就是待测的液体，中间用一块倾斜放置的光学透射窗隔开．这样，光线的折射角度就会随两部分液体折射率差值的变化而不同．当光线如图1的情况入射时，两种液体折射率之差An与光线偏移量d(相当于参考液体与被测液体都是蒸馏水的情况)之间存在下列关系 ?n?n?n0??cot???式中，?为光线出射角；k为光线入射角 参考文献

1.郑小兵，之已 测量液体浓度的折射率方法 98年8月

2．李田泽，胡志新，顾晓晨 一种新型液体浓度检测系统研究 【J东理：[大学电气与电子T程学院，山东淄博255049)

(2长安大学工程机械学院，西安71006

２ 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径 2.1本课题要研究或解决的问题

本课题要解决如下问题：(1)光电位置敏感器测液体浓度的发展方向及研究意义.（2）整个系统测液体浓度的原理，系统构成及工作过程.（3）本设计为提高测量精度需要采取哪些有效措施。 2.2 拟采用的研究手段及途径

通过对系统的分析，本系统采用以ＰＳＤ为核心加上外围芯片组成的浓度测量系统，该系统主要由光感位置敏感器，信号接收器，信号放大器，A/D转换器，光源等组成，结构如下图所示：

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其主要控制流程为，电源为整个系统提供能量，在系统的光学系统提供一束单频率光源，该光源经过系统后进入光感位置传感器，传感器将信号处理转换后输入8051芯片，经过数据处理后得到液体的浓度。 下面介绍一下光感位置敏感器，A/D转换器

光感位置敏感器：高灵敏度光电位置传感器PSD(PositionSensitive Detector)是一种新型的光电器件，或称为坐标光电池，它是一种非分割型器件，可将光敏面上的光点位置转化为电信号。当一束光射到PSD 的光敏面上时，在同一面上的不同电极之间将会有电流流过，这种电压或电流随着光点位置变化而变化的现象就是半导体的横向光电效应。

A/D转换器：A/D转换器是模拟信号源与计算机或其他数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。