智能数显折光仪的研究与开发

摘要

折射率是透明、半透明材料的一个重要特性参数，折射率测量被广泛应用于食品、制糖、石油、化工、环保等领域，以及眼镜、珠宝鉴定行业。传统阿贝折射仪由于其纯光学机械结构的原因，无法满足当前工业技术对精度和效率的要求。市场上引进的数字式折射率测量产品，大多光学结构设计复杂，价格昂贵，最大的缺陷是不能兼测固、液体材料的折射率，不能满足市场的广大需求。本文以工业自动化生产为应用背景，以高精度、自动快速测量为目的，研发一种基于线阵CCD图像传感器，能兼测固、液体材料折射率的智能数显折光仪。
　　按照光的全反射原理，以等腰梯形折射棱镜为棱镜主体，采用线阵CCD图像传感器取代目视观察，根据量程和分辨率，分析、设计了仪器的光学系统。采用单色光源以避免被测材料色散的影响。采用线阵CCD图像传感器检测明暗分界线的位置，提高了仪器的测量精度和自动化程度。
　　以高性能微处理器 C8051F060为核心，设计了整机的硬件电路，对所用各相关器件进行了选型，采用Altium Designer完成了硬件电路原理图的绘制与PCB板的布局。采用C语言编程，设计了仪器的软件系统，包括控制软件和图像处理软件。进行整机软硬件调试，可完成预定的各项功能。
　　对仪器原理样机进行测试实验。实验结果表明光学系统设计总体合理，硬件电路符合要求，人机界面使用方便，可对透明及半透明固体材料和液体材料进行折射率测量，有着良好开发和应用前景。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义

1.4 测量指标与设计要求

1.5 本课题主要研究内容

第二章 折光仪测量原理及结构

2.1 测量原理

2.2 仪器结构

2.3 本章小结

第三章 硬件系统设计与实现

3.1 硬件系统组成

3.2 硬件选型

3.3 硬件电路设计

3.4 PCB板设计

3.5 硬件设计中需要注意的问题

3.6 本章小结

第四章 软件设计与图像处理

4.1 软件开发环境

4.2 图像采集系统软件设计

4.3 图像处理

4.4 触控屏软件设计

4.5 温控系统软件设计

4.6 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 实验装置

5.2 CCD驱动脉冲与输出波形

5.3 样品测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢