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基于LabVIEW的光声光谱检测系统的研究
作 者: 毛和法
导 师: 方健文
学 校: 浙江师范大学
专 业: 光学
关键词: 光声光谱 检测系统 前置放大器 LabVIEW 事件结构 Er2O3
分类号: O433.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 71次
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内容摘要
光声光谱(photoacoustic spectroscopy, PAS)是一种基于物质的光声效应发展而来的光谱技术。该技术具有灵敏度高、无破坏性、适应性广等优点,尤其对传统光谱难于处理的高散射、高反射、不透明的物质,更显示出其独特的优势,因而在气体成分分析、环境监测、生物医学、材料科学等领域已展现出其广阔的应用前景。本文首先回顾了光声光谱检测技术的发展历程及现状。介绍了RG理论:以一个圆柱形光声腔为讨论模型,分析了光声信号的产生机理,导出了光声信号的一般表达式,并针对几种特殊情况做了讨论。然后,引入虚拟仪器技术思想,设计了一套基于LabVIEW的光声光谱检测系统。论文在提出系统设计思想的基础上,介绍了系统硬件平台的框架,详细描述了前置放大器的设计;介绍了系统软件的设计,对软件主操作界面和几个关键模块的设计都进行了详细介绍。最后介绍了系统的整体调试,用对波长响应平坦的激光功率能量计测得光源的功率谱,用设计的系统检测了碳黑样品的光声光谱,并将光源的功率谱和碳黑样品的光声光谱做了对比;用系统测量了Er203的光声光谱,并将它与Er203的标准谱线进行比较,然后根据所测得的特征峰对设计的系统进行定标。系统实现了测量工作的高度自动化,检测效率高。系统软件操作界面友好,用户可通过计算机实现仪器控制、实验参数设置、数据自动采集和处理,以及动态监控实验过程和实时显示实验结果。实验结果表明,该系统精度高,可信度好。本研究的创新主要体现在以下两个方面的工作中:1.搭建了光声光谱检测系统的硬件平台。该平台结构紧凑,成本低。2.运用LabVIEW编写了检测系统的应用软件。软件设计体现了模块化设计思想,特别是主Ⅵ中应用事件驱动编程结构,使计算机执行效率高,有利于系统功能的扩展。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-6 目录 6-8 第一章 绪论 8-22 1.1 前言 8 1.2 光声光谱检测技术理论的发展 8-12 1.3 光声光谱检测技术仪器装置的发展 12-17 1.3.1 光声光谱技术相关仪器的发展 12-13 1.3.2 典型的光声光谱检测装置 13-17 1.4 光声光谱技术的应用 17-20 1.4.1 气体分析和环境监测 17-18 1.4.2 光声光谱在生物医学领域中的应用 18-19 1.4.3 光声光谱技术在材料科学等领域中的应用 19-20 1.5 本文的研究意义及主要内容 20-22 第二章 固体光声效应的传声器检测理论 22-30 2.1 一维交变温度场 22-25 2.2 声的激发 25-27 2.3 前激发时几种特殊情况下的光声信号 27-29 2.4 本章小结 29-30 第三章 基于LabVIEW的光声光谱检测系统的搭建 30-44 3.1 虚拟仪器概述 30-33 3.1.1 虚拟仪器 30-31 3.1.2 LabVIEW简介 31-33 3.2 系统总体设计思想及方案 33 3.3 系统硬件平台搭建 33-36 3.3.1 系统硬件构成 33-34 3.3.2 前置放大器设计 34-36 3.4 系统软件设计 36-43 3.4.1 系统程序功能模块及流程 36-37 3.4.2 系统软件主界面 37-38 3.4.3 系统软件主Ⅵ 38-39 3.4.4 单色仪控制模块 39-41 3.4.5 通讯接口设置子Ⅵ 41-42 3.4.6 扫描设置子Ⅵ 42-43 3.5 本章小结 43-44 第四章 实验及结果分析 44-50 4.1 系统调试 44-46 4.1.1 实验装置图 44-45 4.1.2 系统光路的调试 45-46 4.2 氙灯功率谱与碳黑的光声吸收谱 46-48 4.3 Er_2O_3光声谱的测量及系统的定标 48-49 4.4 本章小结 49-50 第五章 总结与展望 50-52 5.1 工作总结 50 5.2 下一步工作设想 50-52 参考文献 52-57 攻读学位期间取得的研究成果 57-58 致谢 58-60
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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光谱学 > 光谱测量
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