精密仪器设计王智宏电子课件18第七章节.ppt

* 相干光束干涉的极大值条件：光程差=kλ（k=1） Φ‘-φ=θ * 思考：分光系统与扫描机构的连接装配关系，画出空间结构关系 * 采用锁相放大对信号进行放大、滤波、消除噪声，并以反映探测信号幅值的直流量输出，便于测控模块进行信号采集。分为三个部分：信号通道，参考通道和相敏检波器 * * * 起始位置定位（机械零点）； 电机的角度与波长的线性关系（步距当量）； * 采取传感器稳压加制冷、光源稳流、调制信号稳压、分时控制、信号调理方法改进等系列措施，提高自制仪器的稳定性、分辨率，并进一步进行产品开发。 * 仪器的稳定性由原来（开机30分钟后连续10次扫描高岭石样品所得测量数据的平均相对变化幅度）的2.82%（如图1）提高到（开机后连续10次扫描样品所得测量数据的平均相对变化幅度）0.98%（如图2）。 * 高岭石在1400nm附近有2个相邻的吸收峰，采用国外仪器Nicolet测得2峰间距19.8nm。原仪器的测量数据（如图3）在1400nm附近只有1个吸收峰，改进后的仪器测量数据（如图4）中可明显看到1400nm附近的2个吸收峰。 * * PISA-2测量的数据在2300nm附近只有1个吸收峰，改进后的仪器PISA-4测量数据可明显看到2300nm附近的2个吸收峰，与南京中地仪器测量的结果一致。 * 分别采用自行研制的便携式近红外光谱仪器PISA-2、改进后仪器PISA-4和国内外同类产品各2台(仪器型号及参数见表1)对油页岩样品进行近红外光谱的测量及对比，测得7个光谱数据，如图5a所示。其中PISA-2在采样间隔为4nm时，测量的数据在1400nm附近只有1个吸收峰；而在采样间隔为1nm时，测量的数据在1400nm附近才能看到有2个吸收峰。改进后的仪器PISA-4测量数据可明显看到1400nm附近的2个吸收峰，与国内外同类仪器测量的结果一致。 尚辅网 / 第七章 精密仪器设计实例 通过对便携式近红外光谱仪器、激光干涉测长仪*设计分析，掌握精密仪器的特点、要求、结构及设计方法。 内 容 7.1* 近红外光谱仪器设计 7.2 激光干涉测长仪设计 7.1 近红外光谱仪器设计 一、 近红外光谱仪器概述 二、总体设计 三、主要模块设计 二、总体设计 1、确定方案 2、主要模块 1、确定方案 仪器要求： 便携式，固体样品、野外现场测量。 主要技术指标：? 1、波长范围：1300-2500nm 2、分辨率：7-10nm 3、采样间距：2或4nm 4、光谱测量时间：20-60s 5、仪器重量：低于5kg 6、电源：野外电池供电 光源：卤钨灯 分光：单光路光栅扫描 取样：漫反射积分球 系 统 结 构 框 图 光 源 分光 系统 积分球 PbS 放大 系统 单 片 机 控 制 系统 波长扫描驱动 上层控制系统 数据采集 样品 2、主要模块设计 1、光学系统设计 2、机械系统设计 3、电路系统设计 4、软件系统设计 1、光路系统设计 光源系统 分光系统 卤钨灯 切光器 光栅及两个 凹面反射镜 积分球 样品 出射狭缝 入射狭缝 探测器 透镜聚光系统 2、机械系统设计 光源系统 积分球 切光器 分光 系统 积分球 传 动 机 构 分光系统 仪器机械布局框图 3、电路系统设计 仪器电路框图 光栅扫描 驱动系统 89C2051 控制系统 MAX232/ USB 前放系统 数据采集系统 PbS 探测器 信号处理系统 稳速电路 参考信号检测电路 调制装置 4、软件系统设计 主机控制软件 系统自检模块 启动自检模块 功能自检模块 光谱扫描模块 背景扫描 白板扫描 样品扫描 参数设置模块 数据处理模块 帮助模块 样品光谱计算 数据存储、 调用、显示 底层驱动软件框图 上层控制软件框图 等待上层 命令并喂狗 接受参数N 根据参数 处理命令 处理命令 反相转动N纳米 通讯功能测试 放大倍数设置 采集次数设置 回到光学零点 开始 采样 释放步进电机 命令有 参数？ 初始化 切光器控制 发送处理结果 正相转动N纳米 Y N 三、主要模块设计 （1）分光系统 （2）分光扫描及其驱动系统 （3）信号检测控制系统 （4）通讯及数据处理模块 （1）分光系统 （2）分光扫描及其驱动系统 1-螺杆 2-螺母 3-销 4-滑槽 5-摆杆 6-轴 7-光栅 A O B β （3）信号检测控制系统 传感器 前 放 锁相 放大器 A/D 模 块 机 片