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基于虚拟仪器技术的热释光光谱检测测控系统

作　者: 杨克敏
导　师: 徐红云; 龚革联
学　校: 华南理工大学
专　业: 计算机技术
关键词: 虚拟仪器 光谱仪 CCD探测器 LabVIEW编程 测试系统
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


光谱仪器是非常重要的一种光学仪器。它是应用光学技术及光谱技术，对物质的结构和成分进行观测、分析和处理的基本设备,具有分析精度高、测量范围广、速度快和样品用量少等优点，广泛应用于冶金、地质、石油化工、医药卫生、环境保护等领域。目前，普通光谱仪的集成性较弱，功能扩展性不足，难以智能化分析光谱，并且不太适合微弱光的探测。本文针对这些问题，利用低温CCD探测器、虚拟仪器技术等设计和研发了基于虚拟仪器技术的热释光光谱检测测控系统。本系统的硬件主要由两部分组成SP-150光谱仪、LN/CCD探测器。其中SP-150光谱仪主要用于分光，LN/CCD探测器则用于光信号的探测。本系统的软件主要采用美国国家仪器公司的LabVIEW开发，主要由三个部分组成：1、仪器控制。仪器控制包括光谱仪控制及CCD控制。其中光谱仪控制中主要是光栅控制。光栅控制包括选择光栅，调整光栅角度改变中心波长，设定中心波长改变时光栅转动速度。光谱仪控制中还包括获取光栅信息，以便为用户选择光栅做依据。CCD控制分为打开CCD、设置CCD、初始化CCD、温度控制、采集控制、关闭CCD及释放资源。其中采集控制是CCD控制的核心内容。2、数据处理。数据处理主要包括binning处理、减去背景处理，反转图像处理、波长校准。其中binning处理适用于目标光源特别弱时使用，减去背景可以使数据准确直接地表示目标光源，反转图像处理则可以以更直观的方式给用户展示数据。波长校准是数据处理的重点，也是本系统的核心。本系统的波长校准是使用多项式拟合实现的。3、数据表达。本部分使用光谱显示、图像显示等多种方式展示数据，让用户可以更直观地观察数据，得出相关结论。通过将硬件与软件集成后，对本文所设计的测控系统的稳定性和准确性进行了实验分析。实验结果表明，本系统达到了预定的设计目标。因本系统具有良好扩展性和弱光探测能力强等特点，可广泛应用于地质、石油化工、环境保护等领域。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-23
  1.1 项目背景  11-12
  1.2 虚拟仪器  12-17
    1.2.1 虚拟仪器硬件  12-16
    1.2.2 虚拟仪器软件  16-17
  1.3 虚拟仪器的优势  17-18
  1.4 热释光简介  18
  1.5 光谱仪相关原理及应用  18-21
    1.5.1 光栅色散原理  18-20
    1.5.2 光栅光谱仪原理  20-21
    1.5.3 波长校准  21
  1.6 本文主要研究内容和组织结构  21-23
第2章 系统设计方案  23-33
  2.1 系统整体架构  23
  2.2 系统硬件设计  23-29
    2.2.1 现有的各种仪器硬件结构  23-24
    2.2.2 LN CCD简介  24-26
    2.2.3 光谱仪简介  26-28
    2.2.4 本系统硬件结构  28-29
  2.3 系统软件设计  29-31
    2.3.1 现有的几种软件平台  29
    2.3.2 LabVIEW简介  29
    2.3.3 SITK用法  29-31
    2.3.4 本系统软件结构  31
  2.4 本章小结  31-33
第3章 仪器控制  33-43
  3.1 光谱仪控制模块  33-36
    3.1.1 光栅控制  33-35
    3.1.2 光栅信息获取  35-36
  3.2 CCD控制  36-42
    3.2.1 打开CCD  36
    3.2.2 设置CCD  36-37
    3.2.3 初始化CCD  37-38
    3.2.4 温度控制  38-39
    3.2.5 采集控制  39-41
    3.2.6 关闭CCD及释放资源  41-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章 数据处理  43-65
  4.1 创建数据文件  43-44
  4.2 数据保存  44-45
  4.3 数据处理模块  45-59
    4.3.1 Binning  45
    4.3.2 减去背景  45-47
    4.3.3 反转图像  47-48
    4.3.4 波长校准  48-59
  4.4 数据显示模块  59-64
    4.4.1 实时图像显示  60-61
    4.4.2 图像文件显示  61-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章 系统总体效果及实验数据分析  65-79
  5.1 系统整体效果  65-68
  5.2 实验分析  68-78
    5.2.1 实验步骤  68-71
    5.2.2 准确性与稳定性分析  71-78
  5.3 本章小结  78-79
总结与展望  79-80
  总结  79
  展望  79-80
参考文献  80-82
攻读硕士学位期间取得的研究成果  82-83
致谢  83-84
附件  84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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