| 【中文题名】 | 基于CCD的近红外光谱仪的测控系统设计 |
| 【英文题名】 | The Design of Measuring and Controlling System of the NIRS Instrument Based on CCD |
| 【学科专业】 | 精密仪器及机械 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-9-12 |
| 【中关键词】 | 近红外,CCD,暗电流,CPLD,USB总线,波长定标 |
| 【英关键词】 | NIR,CCD,dark current,Complex Programmable Logic Device,USB bus,wavalength’s confirming,blank’s emendation, |
| 【分类导航】 | 工业技术>机械、仪表工业>仪器、仪表>光学仪器>物理光学仪器>光谱仪器 |
| 【论文摘要】 |
现代近红外光谱技术是90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术,被誉为分析巨人。由于近红外光谱分析技术具有分析速度快、成本低、无损无污染等优点,因而得到广泛应用。近红外光谱分析技术是利用反映原子和分子特征的发射与吸收光谱进行物质的化学组成及含量分析的物理方法。主要用于有机物质定性和定量分析的一种分析技术,特别是对于丰富的含氢基团(C-H、O-H、S-H、N-H等)有明显的光谱信息。近红外光谱分析技术综合了光谱学、化学计量学、计算机应用和基础测试技术等多学科知识,从而实现了近红外光谱仪的光、机、电、算一体化设计。
电荷耦合器件简称CCD,它的突出特点是以电荷作为信号,而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号。CCD是一种光电转换器件。它以电荷包的形式储存和传送信息,主要由光敏单元,输入结构和输出结构等部份组成。CCD工作过程包括电荷的产生、存储、转移和读出四个环节。
本论文共分6章,主要任务是设计并实现基于CCD的近红外光谱仪的测控系统。完成光谱仪的光信号检测、CCD的信号转移、模拟信号处理、模数信号转换、信号缓存、数据传输、电源管理及测控软件的设计。
在大量的调研工作... |
| 【论文题纲】 |
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第一章 绪论 |
7-19 |
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1.1 近红外光谱分析技术简介及原理 |
7-11 |
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1.1.1 近红外光谱及其分析技术简介 |
7-8 |
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1.1.2 近红外光谱分析原理 |
8-9 |
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1.1.3 近红外光谱常规分析技术 |
9-11 |
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1.1.4 近红外光谱分析应用 |
11 |
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1.2 近红外光谱仪的种类、发展趋势及国内外研究现状 |
11-17 |
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1.2.1 近红外光谱仪的种类 |
11-12 |
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1.2.2 近红外光谱分析技术的国内外研究现状及发展趋势 |
12-17 |
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1.3 选题背景、意义及研究内容 |
17-19 |
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1.3.1 选题背景及意义 |
17 |
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1.3.2 本文研究内容 |
17-19 |
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第二章 CCD应用技术介绍 |
19-27 |
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2.1 CCD 的基本分类 |
19 |
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2.2 基于CCD 的分析仪器在国内外的发展简述 |
19-20 |
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2.3 CCD 的基本工作原理 |
20-25 |
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2.3.1 光电转换、存储 |
20-21 |
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2.3.2 电荷的转移 |
21-22 |
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2.3.3 电荷读出 |
22-25 |
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2.4 CCD 的基本特性参数 |
25-27 |
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第三章 基于CCD的近红外光谱仪的测控系统方案设计 |
27-36 |
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3.1 基于CCD 的近红外光谱仪结构分析 |
27-28 |
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3.2 仪器的测控系统结构分析 |
28-30 |
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3.3 仪器的各个测控模块设计及主要芯片选择 |
30-36 |
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3.3.1 时序模块 |
30 |
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3.3.2 A/D 转换模块 |
30-32 |
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3.3.3 MCU 与接口模块 |
32-34 |
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3.3.4 数据缓存模块 |
34-36 |
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第四章 基于CCD的近红外光谱仪测控系统的具体设计 |
36-72 |
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4.1 时序产生及驱动模块设计及时序仿真 |
36-46 |
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4.1.1 CCD 时序发生器与MCU 控制器的接口关系 |
36 |
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4.1.2 本论文CCD 器件的选择 |
36-38 |
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4.1.3 CCD 驱动脉冲描述 |
38-40 |
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4.1.4 基于CPLD 的时序控制模块设计及仿真 |
40-46 |
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4.2 CCD 信号处理模块电路的设计 |
46-47 |
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4.3 模数转换模块电路的设计 |
47-49 |
|
4.4 数据缓存模块的电路设计 |
49-52 |
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4.4.1 FIFO 芯片概述 |
49-50 |
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4.4.2 IDT7204 主要特点 |
50 |
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4.4.3 FIFO 的工作原理 |
50-52 |
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4.5 底层控制与接口模块的设计 |
52-61 |
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4.5.1 MCU 周边电路设计 |
52-53 |
|
4.5.2 USB 简介 |
53-54 |
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4.5.3 USB 通信模块软硬件组成 |
54-55 |
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4.5.4 仪器固件程序开发 |
55-57 |
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4.5.5 设备驱动程序开发 |
57-59 |
|
4.5.6 底层测控软件的开发 |
59-61 |
|
4.6 上层测控软件模块的设计 |
61-68 |
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4.6.1 DLL 动态链接库技术 |
62-65 |
|
4.6.2 测控软件各功能模块的设计及整体的控制界面 |
65-68 |
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4.7 电源管理模块的设计 |
68-72 |
|
第五章 系统的实现与调试 |
72-84 |
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5.1 系统的实现 |
72-73 |
|
5.2 系统的调试 |
73-75 |
|
5.2.1 系统调试实验使用的仪器 |
73 |
|
5.2.2 关键点的调试 |
73-74 |
|
5.2.3 整体系统的调试 |
74-75 |
|
5.3 仪器的调试 |
75-79 |
|
5.3.1 CCD 感光范围的确定 |
76-77 |
|
5.3.2 仪器的波长标定 |
77-78 |
|
5.3.3 仪器白板的校正 |
78-79 |
|
5.4 基于CCD 的近红外光谱仪性能指标测试 |
79-84 |
|
5.4.1 波长范围的确定 |
79 |
|
5.4.2 仪器分辨率的确定 |
79-80 |
|
5.4.3 波长准确性 |
80-81 |
|
5.4.4 信噪比 |
81-82 |
|
5.4.5 杂散光 |
82 |
|
5.4.6 一次测量速度 |
82 |
|
5.4.7 波长的重复性 |
82-83 |
|
5.4.8 数据分辨率 |
83-84 |
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第六章 全文总结 |
84-85 |
|
参考文献 |
85-87 |
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摘要 |
87-89 |
|
ABSTRACT |
89-92 |
|
致谢 |
92-93 |
|
攻读硕士期间的科研成果 |
93 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.95014 |
