精密仪器设计18第七章课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 精密仪器设计实例,通过对便携式近红外光谱仪器、激光干涉测长仪*设计分析，掌握精密仪器的特点、要求、结构及设计方法。,第七章 精密仪器设计实例通过对便携式近红外光谱仪器、激光干,内 容,7.1*,近红外光谱仪器设计,7.2,激光干涉测长仪设计,内 容7.1* 近红外光谱仪器设计,7.1,近红外光谱仪器设计,一、 近红外光谱仪器概述,二、总体设计,三、主要模块设计,7.1 近红外光谱仪器设计一、 近红外光谱仪器概述,二、总体设计,1,、确定方案,2,、主要模块,二、总体设计1、确定方案,1,、确定方案,仪器要求：,便携式，固体样品、野外现场测量。,主要技术指标：,1,、波长范围：,1300-2500nm,2,、分辨率：,7-10nm,3,、采样间距：,2,或,4nm,4,、光谱测量时间：,20-60s,5,、仪器重量：低于,5kg,6,、电源：野外电池供电,光源：卤钨灯,分光：单光路光栅扫描,取样：漫反射积分球,1、确定方案仪器要求：光源：卤钨灯,系,统,结,构,框,图,光,源,分光,系统,积分球,PbS,放大,系统,单,片,机,控,制,系统,波长扫描驱动,上层控制系统,数据采集,样品,系 统 结 构 框 图光分光积分球PbS放大 单,2,、主要模块设计,1,、光学系统设计,2,、机械系统设计,3,、电路系统设计,4,、软件系统设计,2、主要模块设计1、光学系统设计,1,、光路系统,设计,光源系统,分光系统,卤钨灯,切光器,光栅及两个,凹面反射镜,积分球,样品,出射狭缝,入射狭缝,探测器,透镜聚光系统,1、光路系统设计光源系统分光系统卤钨灯切光器光栅及两个积分球,2,、机械系统设计,光源系统,积分球,切光器,分光 系统,积分球,传,动,机,构,分光系统,仪器机械布局框图,2、机械系统设计光源系统分光系统仪器机械布局框图,3,、电路系统设计,仪器电路框图,光栅扫描,驱动系统,89C2051,控制系统,MAX232/,USB,前放系统,数据采集系统,PbS,探测器,信号处理系统,稳速电路,参考信号检测电路,调制装置,3、电路系统设计仪器电路框图 光栅扫描89C2051MAX2,4,、软件系统设计,主机控制软件,系统自检模块,启动自检模块,功能自检模块,光谱扫描模块,背景扫描,白板扫描,样品扫描,参数设置模块,数据处理模块,帮助模块,样品光谱计算,数据存储、,调用、显示,底层驱动软件框图,上层控制软件框图,等待上层,命令并喂狗,接受参数,N,根据参数,处理命令,处理命令,反相转动,N,纳米,通讯功能测试,放大倍数设置,采集次数设置,回到光学零点,开始,采样,释放步进电机,命令有,参数？,初始化,切光器控制,发送处理结果,正相转动,N,纳米,Y,N,4、软件系统设计系统自检模块启动自检模块功能自检模块光谱扫描,三、主要模块设计,（,1,）分光系统,（,2,）分光扫描及其驱动系统,（,3,）信号检测控制系统,（,4,）通讯及数据处理模块,三、主要模块设计（1）分光系统,（,1,）分光系统,（1）分光系统,（,2,）分光扫描及其驱动系统,1-,螺杆,2-,螺母,3-,销,4-,滑槽,5-,摆杆,6-,轴,7-,光栅,A,O,B,（2）分光扫描及其驱动系统1-螺杆 2-螺母 3-销,（,3,）信号检测控制系统,传感器,前 放,锁相 放大器,A/D,模 块,机,片,单,电机驱动模块,块 模 讯 通,（3）信号检测控制系统传感器前 放锁相 放大器 A/,锁相放大,带通,滤波器,信号,输入,模拟,移相器,同步,积分器,脉冲产生电路,方波整形电路,滤波及倒相电路,电压跟随器,PSD,信号通道,参考通道,C,B,A,锁相放大带通信号模拟同步脉冲产生电路方波整形电路滤波及倒相电,测控电路,USB,接口,模拟信号,USB,接口芯片,PDIUSBD12,单片机,AT89S52,AD7715,MC1413,上位机,步进电机,测控电路USB模拟信号USB接口芯片单片机AD7715MC1,（,4,）通讯及数据处理模块,（4）通讯及数据处理模块,精密仪器设计18第七章课件,扫描型近红外光谱仪设计注意问题,光学系统,：,机械系统,：,扫描机构,切光器,电路系统,：,分光的范围与分辨率,波长的准确性,检测信号的频率、参考信号的占空比。,信号的稳定,光源、传感器,线性,放大电路,起始位置定位（机械零点）；,电机的角度与波长的线性关系（步距当量）；,扫描型近红外光谱仪设计注意问题光学系统：,近红外光谱分析仪器的研制,采取系列措施：,传感器稳压加制冷、,光源稳流、,调制信号稳压、,分时控制、,信号调理方法改进，,提高自制仪器的稳定性、分辨率，降低功耗。,PISA-2,PISA-4,近红外光谱分析仪器的研制采取系列措施：PISA-2PISA-,PISA-4,PISA-4,PISA,系列仪器,PISA_M PISA_SF PISA_CF,PISA_ OU PISA_ RC PISA_AS,PISA系列仪器 PI,稳定性,PISA-2,PISA-4,PISA-2,PISA-4,2.82%,0.98%,仪器参数,光谱范围：,1200-2500nm,采样间隔：,4nm,样品：高岭石固体,取样方式：积分球,稳定性PISA-2PISA-4PISA-2PISA-42.8,分辨率,PISA-2,PISA-4,小于,16nm,（,1400nm,）,分辨率PISA-2PISA-4小于16nm（1400nm）,测量对比,便携式近红外光谱分析仪,南京中地：,BJKF-1,自制,PISA-2,：,光谱范围,1200-2500nm,采样间隔,4nm,自制,PISA-4,：,光谱范围,1200-2500nm,采样间隔,4nm,南京中地（,BJKF-1,）,光谱范围,1300-2500nm,采样间隔,2nm,样品：滑石粉末,PISA-2,PISA-4,测量对比便携式近红外光谱分析仪南京中地：BJKF-1 自制P,分辨率,小于,24nm,（,2300nm,）,分辨率小于24nm（2300nm）,与国内外仪器对比,对比结果表明：,PISA-4,的仪器性能指标，尤其是分辨率，达到国内外同类仪器产品的水平。,与国内外仪器对比对比结果表明：,四、思考,（,1,）便携式仪器设计的关键是什么？,（,2,）如何解决微型精密仪器的结构简单、紧凑与高精度的矛盾？,四、思考（1）便携式仪器设计的关键是什么？,