智能数显折光仪光学与机械系统研发

摘要

折射率是透明、半透明物质的一个重要光学物理参数，掌握了物质折射率的变化情况就可以了解到它的光学性能，进而可以换算出它的纯度值以及浓度值。而检测折射率的光学仪器被称为折光仪，在石油工业、制漆工业、食品工业、日用化学工业、制糖工业被广泛应用。为了能够适应市场的广泛需求，本文提出自主研制开发一种既能检测透明、半透明液体折射率和糖度、同时又能检测固体折射率的新型智能数显折光仪。本文的主要内容是对仪器的光学系统与机械系统设计与优化。
　　首先在介绍几种测量折射率的方法与原理基础上，深入地阐述基于全反射原理的阿贝折射法测量原理。基于此，
　　①设计出用于实验仪器的光路方案及成品仪器的最终光路系统方案。智能数显折光仪的光学部分主要由照明系统、折光系统、成像系统、以及数据采集系统组成，设计原理选择基于全反射原理的阿贝折射法。
　　②照明系统的设计选择LED钠黄光为光源，同时设计了聚光镜；折光系统中介绍了棱镜的参数计算过程；成像系统中设计了孔径光阑结构，并选择了线阵CCD为图像传感器。
　　③最后分析整个光路性能，对实验方案进行优化设计，得到成品仪器的最终光路系统方案。
　　在实验样机的机械结构设计与优化阶段，具体介绍了它的硬件组成，根据实验要求设计出一套实验装置，加工组装后在该样机上进行实验操作。其设计内容主要包括：照明系统、折光系统、连接架组、成像透镜组、CCD安装组、样机整体结构设计以及关键技术的分析。试验样机完成后，在其基础上加以改进与优化，对光源组结构、折光棱镜组、连接架组件进行了改进，并对外壳设计、外接元器件的选择等内容进行了详细的说明。同时利用有限元分析软件以及Deform工艺分析软件对仪器的关键支撑部件-连接架结构进行了分析与优化，最终得到了用于成品样机的整体方案图。
　　最后利用实验进行了相关验证工作。先简单介绍整机系统工作流程，将实验样机连接各部分硬件电路并通过软件编程程序操作，进行不同环境的实验，通过收集与分析实验数据，表明实验仪器的光路结构设计符合要求。

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第一章 绪 论

1.1 学术背景与实际意义

1.2 国内外文献综述

1.3课题的来源及主要研究内容

第二章 光学系统设计

2.1测量方法的介绍与选择

2.2 照明系统的设计

2.3 折光系统的设计

2.4 成像系统的设计

2.5图像传感器的选择

2.6 整体光学系统分析

2.7 本章小结

第三章 实验样机结构设计

3.1 照明组设计

3.2 折光棱镜组

3.3 连接架组设计

3.4 成像透镜组设计

3.5 CCD安装组设计

3.6 实验样机整体设计

3.7 关键技术分析

3.8 本章小结

第四章 样机改进结构设计

4.1 光源组改进设计

4.2 折光棱镜组改进设计

4.3 连接架组改进设计

4.4 内置元器件的选择与安装

4.5外罩结构设计

4.6 整体结构设计

4.7 本章小结

第五章 实验设计与分析

5.1实验设计

5.2实验分析

第六章 总结与展望

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