固液溶解度激光动态检测系统

摘要

溶解度是反映试剂溶解性的重要参数，固液溶解度参数广泛应用于医学、化学、工业生产等多个领域，然而目前已有的固液溶解度参数测量方法还不够成熟和完善，传统方法如平衡法、动态法等测定溶液溶解平衡终点都要人眼进行目测，其缺点是由于人为因素的加入导致误差大且效率低下，并且只能进行静态测量。针对传统方法存在的缺陷设计一种高精度、高效率的自动化动态溶解度检测系统无疑对化学、医学、工业生产的溶解度实验具有重要的现实意义。为此，基于Lambert溶液光学吸收定律，本文提出了一种采用稳定的激光光源照射、灵敏的光电二极管探测、计算机动态采集温度—时间和光强—时间的自动化动态高效溶解度检测系统。围绕设计工作中的核心和关键，本文的研究内容如下：
　　首先，分析了Lambert定律光学吸收原理的使用依据和范围以及造成Lambert定律偏离因素，针对影响系统测量精度的核心因素，研究了半导体激光器恒功率控制算法，设计了双闭环激光器恒功率控制模型，提出基于神经网络 PI控制的激光器恒功率控制算法，并通过仿真实验验证了算法的有效性。本部分设计了以PIC单片机为核心的激光器恒功率控制硬件电路，算法实现程序，最终实现了功率波动在2.4％的稳定控制精度。
　　接着，针对系统对激光光强、温度检测系统的要求，研究并设计了接收系统硬件电路和软件程序。接收电路采用灵敏的光电二极管和高精度热电阻温度传感器构成光强、温度检测实时电路，重点分析和设计了光电转换电路的信号调理，并通过仿真实验进行了验证，最终实现了信号的高精度采集和传输，提高了系统的自动化程度和测量精度。
　　最后，构建了系统的整体原理样机，并在陕师大化学实验室进行了系统实测实验。实验采用10～50℃之间的KCI-H2O体系为标准体系验证系统的可行性，结果显示，半导体激光器的输出光功率稳定，测得 KCI-H2O体系中 KCI溶解度误差为±0.005kg，与设计要求值吻合良好。该检测系统可以克服传统检测方法的不足，大大提高了溶解度检测的精度和效率，满足了不同行业的需求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外的研究现状及存在问题

1.3 课题研究目的及内容

1.4 论文的章节安排

第二章 溶解度检测系统介绍

2.1溶液吸光定理

2.2 Lambert定律

2.3 Lambert定律偏离分析

2.4 系统方案设计

2.5 本章小结

第三章 半导体激光器恒功率驱动设计

3.1 半导体激光器特性分析

3.2 半导体激光器恒功率驱动整体设计方案

3.3电流环设计

3.4 功率环设计

3.5外围电路设计

3.6 基于神经网络PI的LD恒功率驱动算法

3.7 本章小结

第四章 光强、温度检测单元设计

4.1 光强、温度检测单元整体设计方案

4.2 光电检测硬件设计

4.3温度检测硬件设计

4.4基于STM32的外围电路设计

4.5 基于STM32的光强、温度检测软件设计

4.6 本章小结

第五章 实验及误差分析

5.1 原理样机构建

5.2 LD恒功率测试与误差分析

5.3 光强精度测量实验与误差分析

5.4 溶解度测量实验结果及分析

5.5 实验过程注意事项

5.6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢