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基于光散射的尘埃粒子计数器设计与实现

作　者: 杜伟巍
导　师: 邹丽新
学　校: 苏州大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: Mie散射 粒子计数 信号处理 FPGA 双MCU
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 123次
引　用: 1次
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内容摘要


尘埃粒子计数器是专门用来测量洁净环境空气中尘埃粒子的数量和大小,为空气洁净度的评价提供依据。尘埃粒子计数器作为一种有效的空气洁净度监测设备,它在洁净检测技术的应用中有着非常重要的地位。为提高尘埃粒子计数器的性能而对其进行优化设计,有着重大的意义。在分析比较常用的几种粒子测量技术后,结合对尘埃粒子计数器的研究,本课题提出了新的设计方案——FPGA+双MCU控制模式,对尘埃粒子计数器的硬件进行优化设计,使整个系统具有测量准确、电路结构紧凑、抗干扰性能强、体积小等特点。本课题在Mie散射理论基础上,综合运用相关算法,基于Matlab编制程序,对Mie散射的特点进行分析;利用MiePlot软件对球形粒子的光散射效应进行彩色模拟,分析了粒径、折射率和入射光波长对散射光强度分布的影响,阐述了微粒子测量的理论基础；分别计算了近前向和直角方向两种散射光收集形式的光通量,即课题设计尘埃粒子计数器的理论依据。课题还通过Matlab编程计算,对直角方向散射光收集系统的光通量进行数值模拟,得出当偏振光入射时,探测器中心与偏振方向两者的夹角与光通量极值的关系,为光学传感器设计提供依据。本课题完成了尘埃粒子计数器的硬件设计。主要包括信号调理电路、FPGA计数电路、双MCU控制模块、存储器模块、串口通讯电路、显示与键盘输入模块以及电源电路。课题还完成了尘埃粒子计数器系统软件设计,包括基于VHDL的多通道脉冲计数器设计以及双MCU控制部分的软件设计,在软件设计中增加了UCL计算功能。标定结果表明：该尘埃粒子计数器的自净时间、单分散粒子的测量离散度等相关技术指标满足国家检定标准,对于0.54μm PSL粒子具有较高的计数灵敏度。此外,论文对实验测量结果进行误差分析,同时根据光学传感器的技术参数,对尘埃粒子计数器测量的颗粒浓度上限进行分析与计算。最后对本课题的研究工作进行了总结与展望。

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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 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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