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便携式土壤养分近红外光谱分析仪电路系统研究

作　者: 于新洋
导　师: 卢启鹏
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 便携式近红外光谱仪土壤养分线阵探测器
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要

本文主要介绍了便携式土壤养分近红外光谱分析仪探测器驱动系统以及数据采集系统的设计。便携式土壤养分分析仪是实现对耕地土壤养分信息高密度获取的关键设备，是实施精准农业技术的重要工具。精准农业技术要求对农业生产过程进行精确控制，其中重要的一个方面是精确施肥，这需要掌握不同耕地的土壤养分含量情况，这样需要大量快速、便捷的便携式检测仪器。近红外光谱分析技术具有简便、快速、无需试剂等优点，非常适合用于土壤养分的检测。研制专门用于农田土壤养分快速检测的便携式近红外光谱仪可以满足大规模土壤养分检测的需求。本文对便携式土壤养分近红外光谱分析仪的电路系统进行研究，对探测器驱动系统和数据采集系统等部分进行了设计，完成了仪器的整个电路系统并进行了仪器测试与实验。主要研究内容如下：第一部分介绍便携式土壤养分近红外光谱分析仪的意义，对相关的概念进行解释。首先提出仪器研制的意义与背景，介绍所采用的近红外分析技术的物理原理及其优势，对分析使用的化学计量学方法进行阐释。接着介绍不同便携式近红外光谱仪的基本结构，分析各种类型仪器的优缺点，介绍国内外研究的现状。第二部分介绍光谱仪的整体结构。光谱仪使用光栅分光，线阵探测器检测的结构，分光部分使用基于凹面全息光栅的分光系统，探测器使用铟镓砷探测器。仪器使用卤钨灯光源，通过光纤探头对样品进行检测。第三部分介绍探测器驱动系统的设计。探测器由复杂可编程逻辑器件提供驱动信号，电压基准电路、温控电路是探测器正常工作的重要辅助部分。探测器输出的模拟信号需要经过信号调理电路放大并去除直流。第四部分介绍数据采集系统的设计。数据采集系统负责数据的采集与处理，数据的采集由16位模数转换电路完成，转换后的数字信号由以STM32为核心的处理电路处理并传输。这部分详细介绍了各部分电路的芯片选择以及具体电路的设计。最后还介绍了电源电路的设计。第五部分介绍仪器测试与实验。通过实验对仪器信噪比、长期稳定性等指标进行检测。并使用土壤样品进行了土壤养分的定量分析，检测分析结果的准确性。文章最后对研究内容进行总结，对系统的设计提出改进措施。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-29
  1.1 课题来源及意义  11-12
  1.2 近红外光谱分析技术综述  12-16
  1.3 便携式近红外光谱仪的种类  16-26
  1.4 论文的主要内容  26-29
第2章仪器的整体结构  29-37
  2.1 仪器的整体结构  29-35
  2.2 电路系统的组成  35-36
  2.3 本章小结  36-37
第3章探测器驱动系统设计  37-51
  3.1 探测器驱动系统的组成  37-39
  3.2 探测器驱动电路设计  39-45
  3.3 温控电路设计  45-49
  3.4 电路板设计  49-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章数据采集系统设计  51-63
  4.1 模数转换电路  51-57
  4.2 主控电路的设计  57-59
  4.3 电源电路的设计  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章测试与实验结果  63-69
  5.1 仪器信噪比测试  63-65
  5.2 仪器稳定性测试  65
  5.3 土壤养分定量分析测试  65-68
  5.4 本章小结  68-69
第6章结论与展望  69-71
  6.1 论文的主要研究内容及结论  69-70
  6.2 改进措施的探讨  70-71
参考文献  71-76
在学期间学术成果情况  76-77
指导教师及作者简介  77-78
致谢  78

便携式土壤养分近红外光谱分析仪电路系统研究

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