DOAS的光路自动对准装置研究

摘要

随着我国城市化、工业化建设的不断推进,大气环境污染所带来的问题日趋严重,对居民的身体状况带来诸多不利影响。我国对大气环境保护和治理的重视程度不断提升,故差分吸收光谱技术(DOAS)应用到大气环境质量监测系统中。DOAS系统是长光程气体质量监测系统,该系统在应用过程中,光源位置和角反射镜位置相距在百米以上,所以光路自动对准是该系统在应用过程中需要解决的一个重要问题。针对这一问题,本文研究和设计了一种低成本、高可靠性、高稳定性的DOAS系统光路自动对准装置。
　　本文针对DOAS系统的工作原理进行深入的研究和分析,设计出合适的光电探测阵列电路和信号处理电路来确定光斑中心的偏移量。光斑中心的偏移位置明确后采用无线传输技术,将偏移数据发送到DOAS系统的位置调整端。最后通过由电机和传动机构组成的二维对准滑台来实现系统的准确位移,实现光路的自动对准控制。
　　测试结果表明,本文设计的装置能够实现DOAS系统的光路自动对准,光电探测阵列的检测精度为1mm,并且二维对准滑台的移动精度能够达到0.1mm,在实际应用中具有较高的可靠性和稳定性,达到了装置的设计要求。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 课题研究的主要内容

第2章 自动对准装置总体方案设计

2．1 DOAS系统简介

2．1．1 DOAS系统基本原理

2．1．2 DOAS系统基本结构

2．2 自动对准装置工作原理

2．2．1 四象限算法研究

2．2．2 椭圆模型定位算法研究

2．2．3 正交微动算法研究

2．2．4 二维对准滑台研究

2．3 自动对准装置设计方案

2．4 本章小结

第3章 光路自动对准装置的硬件设计

3．1 光电探测阵列设计

3．1．1 光电探测器选择

3．1．2 光电二极管工作模式

3．1．3 探测阵列设计

3．2 信号处理电路设计

3．2．1 开关电路

3．2．2 放大电路

3．2．3 AD转换电路

3．2．4 ARM核心电路

3．3 无线传输电路设计

3．3．1 无线传输技术比较

3．3．2 CC2530芯片最小系统

3．4 电源电路设计

3．5 二维对准滑台硬件设计

3．5．1 二维滑台设计

3．5．2 步进电机特点及应用

3．5．3 步进电机驱动技术

3．6 本章小结

第4章 光路自动对准装置的软件设计

4．1 光电探测系统软件设计

4．1．1 开发环境简介

4．1．2 光电信号采集程序

4．1．3 模数转换程序

4．2 装置的算法程序设计

4．2．1 四象限定位算法

4．2．2 椭圆模型正交微动算法

4．3 无线传输系统软件设计

4．3．1 Zigbee技术概述

4．3．2 Zigbee网络拓扑结构

4．3．3 Zigbee网络程序设计

4．4 二维对准滑台软件设计

4．5 本章小结

第5章 装置测试与结果分析

5．1 光电探测阵列测试

5．2 光斑中心定位结果测试

5．3 无线传输系统测试

5．4 二维对准滑台测试

5．5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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