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基于DSP的比色光纤高温测量的研究

作　者: 杨丽丽
导　师: 王玉田
学　校: 燕山大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 高温测量 比色法 光纤 黑体空腔 波分复用器 数字信号处理器(DSP)
分类号: TH811
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 172次
引　用: 1次
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内容摘要


由于光纤传输与传感技术具有抗电磁干扰、无空间传输等实用性优点,基于光纤传输的辐射测温技术得到了迅速发展。近年来亮度式光纤辐射测温仪已得到广泛应用,但一些特殊场合需要减少或抑制因物体发射率变化、环境干扰(如灰尘、水汽以及探测器老化)等因素引起的误差。本论文的目的是研究和设计一种能解决上述问题的系统。本文对基于DSP的光纤高温测量系统进行了研究,针对特殊环境下的高温测量问题,根据黑体辐射原理,利用“接触-非接触”复合测温技术,采用比色测温的方法,降低和抑制了发射率和环境对测量结果的影响。论文首先对黑体空腔探头进行了设计。对影响黑体空腔有效发射率的各种因素,如温度分布、传感器几何特性、材料发射率、腔外环境温度等对积分发射率的影响进行了详细分析,给出了黑体空腔的优化设计参数,提高了温度测量的精度。其次,详细介绍了比色测温系统各部分的组成和性能。应用透镜准直器,实现了信号光有效耦合入光纤;通过分析选择了合适的中心波长和带宽,并用波分复用器作为滤波器件,利用光纤光栅的窄带滤波特性,减小了背景光的影响;根据探测器的光谱响应,确定用硅光电池作为光电转换器件。最后,论述了一种信号处理的方法,即使用DSP对大量数据进行存储及快速处理,分别设计了硬件和软件部分,得到了测温数学模型。通过实验,绘制了R(T)-T曲线,用最小二乘法对曲线进行分段拟合,效果良好,能够满足精度要求。该测温系统具有精度高、抗干扰能力强等特点,具有良好的应用前景。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 引言  11-12
  1.2 温度测量方法概述  12-15
    1.2.1 接触法  13-14
    1.2.2 非接触法  14-15
  1.3 DSP 的发展  15-16
  1.4 论文研究的主要内容  16-17
第2章 辐射测温原理  17-27
  2.1 热辐射基本概念  17-20
    2.1.1 热辐射参数  17-18
    2.1.2 热辐射的基本物理量  18-19
    2.1.3 辐射能的分配  19-20
  2.2 热辐射的基本定律  20-25
    2.2.1 基尔霍夫定律  20-22
    2.2.2 普朗克定律  22-24
    2.2.3 Wien 位移定律  24
    2.2.4 Stefan-Boltzmann 定律  24-25
  2.3 实际物体的热辐射  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 黑体空腔传感器的设计  27-37
  3.1 引言  27
  3.2 黑体腔  27-32
    3.2.1 物理模型  27-29
    3.2.2 材料选择  29
    3.2.3 发射率计算  29-32
  3.3 参数设计  32-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 高温测试系统的设计  37-60
  4.1 测温方案选择  37-40
    4.1.1 全辐射测温法  37
    4.1.2 单辐射测温法  37-38
    4.1.3 比色测温法  38-39
    4.1.4 多波长测温法  39-40
  4.2 系统结构  40-42
  4.3 光学系统与光纤传输  42-46
    4.3.1 准直系统  42-43
    4.3.2 传输光纤  43-46
  4.4 滤波器  46-54
    4.4.1 检测波长的选择  46-48
    4.4.2 两波长信号的产生  48-51
    4.4.3 波分复用器  51-52
    4.4.4 光纤光栅滤波器  52-54
  4.5 探测器  54-59
    4.5.1 探测器的分类  54-55
    4.5.2 探测器的参数  55-56
    4.5.3 探测器的选择  56-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章 信号处理系统  60-83
  5.1 信号处理系统  60-63
    5.1.1 系统组成  60
    5.1.2 DSP 芯片的选择  60-63
  5.2 硬件部分设计  63-72
    5.2.1 电源电路  63-64
    5.2.2 时钟电路  64-65
    5.2.3 复位电路  65-66
    5.2.4 前向测量通道电路  66-70
    5.2.5 显示接口电路  70-71
    5.2.6 报警电路  71-72
  5.3 软件部分设计  72-77
    5.3.1 AD 转换及数据处理程序设计  73
    5.3.2 最小二乘法拟合曲线程序设计  73-75
    5.3.3 显示程序设计  75-77
  5.4 实验结果分析  77-82
  5.5 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-89
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  89-90
致谢  90-91
作者简介  91

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 热工量的测量仪表 > 温度测量仪表
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