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近红外水分仪的研制与开发

作　者: 徐枫
导　师: 虞启琏
学　校: 天津大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 近红外水分检测光栅偏最小二乘化学计量学
分类号: TH83
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 412次
引　用: 2次
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内容摘要

在药品、食品加工、造纸、烟草、化工等领域,水分的测量和控制都是生产中一个非常重要的参数,它直接影响到产品的质量和保存期限。传统的水分测量方法如干燥法、电导法等因为使用条件的限制无法实现在线非接触式连续测量,没有得到广泛的推广应用。本文采用了近红外光谱法来测量物质中的水分含量,这种方法具有连续、非接触、大面积测量、速度快等优点,适用于工业流程中对水分的在线检测。近红外水分测量重要的分析基础是Lamber-Beer定律,本文首先对近红外光谱技术的相关测量原理及数据处理方法进行了介绍,对近红外方法测量物质水分做了方法论的研究。通过实验室已有的国外高精度光谱仪进行了物质水分测量的光谱实验,确定了水分在近红外波段的吸收峰5200cm^-1和6900cm^-1; 利用两个吸收峰附近的波长建模,水分的测量精度分别可以达到0.2%和0.3%。通过上面的方法研究,我们设计了以光栅为分光元件的近红外水分仪,它共有三层结构,包括了光源层、光栅分光层和电路系统层。光源采用了三层灯室结构,提高出射光的能量和系统的信噪比; 选用石英光纤传输光能量; 以InGaAs检测器作为光接收装置,根据所需波长的数量可进行替换降低成本。电路方面,设计了信号采集电路和数据处理及控制电路将检测器检测到的信号进行采集和处理。对仪器的性能进行测试和评价的结果表明,仪器的波长范围为1000～1700nm,测量水分的波长准确,仪器的重复性精度基本为0.5‰,稳定性基本在1‰左右。最后,使用自行研制的仪器进行面粉水分测量的实验,全谱的测量精度在0.35%以内,5波长测量精度在0.5%,基本可以满足水分测量的要求。

全文目录

第一章绪论  8-12
  1.1 研究的目的及意义  8
  1.2 现有方法及检测状况  8-10
  1.3 光谱仪器的类型  10-11
  1.4 论文的主要研究内容  11-12
第二章近红外光谱技术测量原理及水分实验  12-31
  2.1 分子振动基本知识  12-14
  2.2 近红外光谱测量原理  14-17
  2.3 单变量光谱分析中的最佳光程长原理  17-18
  2.4 数据处理分析方法  18-23
  2.5 评价指标  23-24
  2.6 近红外光谱法测量物质水分的基础研究  24-30
  2.7 小结  30-31
第三章光学设计  31-39
  3.1 红外光学系统的特点  31-32
  3.2 光路设计  32-35
  3.3 光纤设计  35-38
  3.4 小结  38-39
第四章系统电路及整体设计  39-54
  4.1 信号采集系统  40-43
  4.2 数据处理及控制系统  43-47
  4.3 单片机采集控制程序设计  47-49
  4.4 单片机数据处理及控制程序  49-52
  4.5 仪器整体设计  52-53
  4.6 小结  53-54
第五章仪器评价及水分测量实验  54-63
  5.1 仪器的波长范围  54-56
  5.2 仪器的重复性与稳定性  56-58
  5.3 面粉水分测量实验  58-62
  5.4 小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 总结  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69

近红外水分仪的研制与开发

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