液体浓度光电自动检测仪的设计与研究

摘要

溶液浓度是生产过程中和产品性能指标的重要参量,溶液浓度的测量日益引起人们的重视。对于某些特殊生产环节,如啤酒工业生产的过程中,如何准确、快速地进行在线啤酒度(即麦汁浓度)的检测,一直是备受业内各界关注和期待解决的问题。尽管啤酒度检测方法及检测仪器已有多种,但基本上是属于“离线”检测。本课题的研究是旨在以设计研究啤酒生产过程麦汁浓度在线光电自动检测仪(下文简称检测仪)为切入点,对溶液浓度光电自动检测仪所涉及的相关技术作一定深度的研究探讨。
　　本课题研究的检测仪是基于光学临界角法原理来设计,根据溶液的全反射临界角是其折射率的函数,而溶液的折射率与溶液的浓度之间存在着对应关系,则可以通过测量溶液的全反射临界角,进而得出溶液的浓度值,这种检测方法可以在生产过程中在线、实时进行。所设计的检测仪主要由光学探测系统、机械构件、电气控制系统和计算机处理系统四个部分组成。本论文主要围绕以下四部分展开阐述:(1)根据测量要求对光学系统进行设计,包括光源、照明光路、检测棱镜、成像光路、图像采集装置设计与选择等内容。(2)配合光学设计进行机械结构设计,重点说明机械调整环节设计。(3)根据检测研究要求,设计检测仪的电气控制部分,包括温度采集模块和线性电子可调光源设计。(4)根据样机的研究需要,使用 VB开发设计检测仪的软件研究平台,包括图像采集、处理,亮斑宽度检测,PC机接收显示检测温度,打印显示测量结果等程序的设计;编程中采用对内存直接操作的方式,使图像处理速度有了很大的提高。论文最后还对检测仪样机的实测结果做了分析,并提出了进一步完善仪器的建议和方法。
　　本研究创新地把光学技术、光电传感与 CCD视频化检测技术、计算机和电子技术综合地运用到液体浓度光电自动检测之中,设计出研究用实验样机。尤其是视频化检测溶液浓度、研究光强对测量精度的影响,在国内文献鲜有报道,值得探索尝试。

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第一章 绪 论

§1.1 引言

§1.2 常用溶液浓度检测方法及原理概述

§1.3 液体浓度光电检测仪发展现状及展望

§1.4 本课题的立题背景和研究意义

§1.5 本课题总体方案设计及主要完成工作

第二章 检测仪光学系统设计与研究

§2.1 光学临界角法的测量原理

§2.2光学系统整体设计方案

§2.3 应用OSLO 6.2进行光学结构设计

§2.4 检测棱镜的设计与计算

§2.5 照明光路结构设计

§2.6 成像光路结构设计

§2.7 光学调整环节设计

§2.8 本章小结

第三章 检测仪机械结构设计

§3.1 检测仪机械结构总体设计

§3.2 实现光路可调的机械环节设计

§3.3 本章小结

第四章 检测仪电气控制部分设计

§4.1 温度检测模块设计

§4.2 测量数据串行通信的实现

§4.3 线性电子调光光源控制模块设计

§4.3 本章小结

第五章 检测仪研究软件平台的开发

§5.1 检测仪的操作环境

§5.2 图像数据获取

§5.3 图像处理程序设计

§5.4 温度测量显示程序设计

§5.5 打印显示

§5.6 本章小结

第六章 检测仪实测结果与分析

§6.1 温度测量结果与分析

§6.2 标准溶液对应亮斑宽度测量结果与分析

§6.3 光照强度对测量精度的影响研究

§6.4 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文成果

致谢

附录A——温度采集下位机源程序

附录B——线性电子调光控制源程序

附录C——检测仪研究软件平台设计源程序