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新型大流量激光粒子计数器的研制

作　者: 龚瑞
导　师: 李振华; 王春勇
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 粒子计数器 信号处理 触摸屏式交互系统 人机界面
分类号: TH724
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 51次
引　用: 1次
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内容摘要


光散射式粒子计数器是测量洁净室洁净度时常用的检测仪器,它能够测量空气中不同粒径的粒子数目,而且能依据相关标准中的规定,由测得的粒子数目计算出洁净室的洁净度。现今国外的粒子计数器已普遍具备了智能化的操作系统、友善的人机界面和高灵敏度、大流量等特点,处理计数结果时均采用最新的国际标准,并朝着在线化和网络化的方向发展。而传统的国产粒子计数器灵敏度低、气泵流量小、并采用LCD与键盘分离式,甚至采用LED式的人机交互系统,用户操作困难,并且处理计数结果时采用的标准版本过旧,已不能适应当前最新标准的要求和国内各行业的需要。本文讨论了最新标准IS014644中关于洁净度的定义和划分以及测量的方法,确定了光散射式粒子计数器的工作原理,分析了传感器输出电脉冲信号的特性,设计了包括信号幅度鉴别系统、数值处理系统、人机交互系统和操作系统的新型大流量粒子计数器。采用异倍放大和滤噪的方法提高了小粒径粒子信号的信噪比,解决了由于不同粒径粒子产生的电脉冲信号幅度差别过大而导致的漏计问题；设计了高速施密特比较器电路和用Verilog HDL实现的计数信号处理电路,并适当选取了施密特电路的迟滞电压容限值,完全消除了由于电脉冲信号的高频噪声引起的余计和错计的现象,使粒子计数器有更高的准确度；选用ARM微控制器和点触屏LCM实现人机交互系统,由于ARM微控制器硬件资源丰富,工作频率高,使得粒子计数器的人机界面更友善；设计了包括了参数设置、粒子测量、数据读取和数据观察等功能的操作系统,功能更强大；制造了试验样机,该样机使用最新国际标准IS014644计算洁净室洁净度,气泵流量为50L/min,可以更好地提高计数器的测量效率。通过与国外进口仪器LASERⅢ的对比试验,我们证实了新型大流量粒子计数器的性能稳定可靠、功能完善,具有很高的实用价值,缩小了国内外粒子计数器的差距。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1. 绪论  7-14
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 国内外研究与发展应用现状  8-13
    1.2.1 光散射法测试的研究与应用现状  8-10
    1.2.2 光散射粒子计数器的发展现状  10-13
  1.3 本文的主要研究工作  13
  1.4 本章小结  13-14
2. 粒子计数器的设计依据和工作原理  14-31
  2.1 洁净室与空气洁净度等级  14-17
    2.1.1 洁净室的概念及其用途  14-15
    2.1.2 空气洁净度等级  15-17
  2.2 采用粒子计数器确定微粒洁净度的等级的方法  17-19
  2.3 粒子浓度数据的统计处理  19-21
    2.3.1 单一采样点的平均粒子浓度  19
    2.3.2 所有采样点粒子浓度的统计处理  19-20
    2.3.3 对等级表粒径之外的粒子之粒径和计数的考虑  20-21
  2.4 特殊情况采样法  21-23
  2.5 粒子计数器的工作原理和性能参数  23-26
  2.6 粒子信号的特性分析与粒径分辨  26-30
    2.6.1 粒子信号的特性分析  27-28
    2.6.2 粒子计数器的粒径分辨  28-30
  2.7 本章小结  30-31
3. 系统的总体设计与实现  31-49
  3.1 信号幅度鉴别系统  31-39
    3.1.1 信号滤波放大路的设计与选型  32-34
    3.1.2 信号幅度鉴别电路的设计与选型  34-39
  3.2 数值处理系统  39-43
    3.2.1 多通道计数电路的设计  40-41
    3.2.2 嵌入式微机系统的设计与选型  41-43
  3.3 人机交互系统的设计与选型  43-44
  3.4 操作系统的设计  44-48
  3.5 本章小结  48-49
4 实验研究及分析  49-55
  4.1 实验目的  49
  4.2 粒子计数器样机的功能测试和标定实验  49-52
    4.2.1 实验内容  50
    4.2.2 实验结果分析  50-52
  4.3 洁净室洁净度的测量实验  52-54
    4.3.1 实验内容  52-53
    4.3.2 实验结果分析  53-54
  4.4 本章小结  54-55
5. 总结与展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-60
附录  60-61

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 坐标器、计算机具、计数器 > 计数器
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