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光纤电容液滴分析仪的改进设计及光谱液滴分析仪的研究

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第一章绪论

1.1液滴分析技术概述

1.1.1液滴分析技术的提出及其研究意义

1.1.2液滴分析技术的国内外发展概况

1.2光纤、电容液滴分析方法的提出及其意义

1.3光纤、电容液滴分析仪的工作原理

1.4液滴分析技术与光谱分析技术的结合

1.5本课题主要研究的内容

第二章双波长光纤、电容液滴分析仪

2.1双波长光纤、电容液滴传感器的设计方案分析

2.2双波长光纤、电容液滴分析仪的电路设计分析

2.2.1光纤信号处理电路

2.2.2电容信号处理电路

第三章双波长光纤、电容液滴分析仪的改进设计

3.1传感器结构的改进设计

3.1.1接插件及加盖结构的改进设计及实验验证

3.1.2滴头结构的改进设计及实验验证

3.2光纤信号处理电路的改进设计及实验验证

3.2.1光源调制电路

3.2.2光电转换及前置放大电路

3.2.3滤波分离电路

3.2.4平移电路

3.2.5电路中采用的屏蔽技术

3.2.6改进光纤处理电路的实验结果

第四章改进系统的“基于体积的液滴指纹图”

4.1“基于体积的液滴指纹图”的重合性

4.2系统的液滴指纹图的对比分析

4.3两条液滴指纹图的一致性分析

第五章微型光纤光谱液滴分析仪的初步研究

5.1微型光纤光谱液滴分析方法的提出

5.2微型光纤光谱液滴分析仪的工作原理

5.3实验装置的搭建

5.3.1光纤信号处理电路

5.3.2电容信号处理电路

5.4实验装置及实验研究

5.5检索程序

第六章全文总结和展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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摘要

光纤、电容液滴分析仪是光纤传感器和电容传感器的结合,用得到的“基于体积的液滴指纹图”来获得液体的物理、化学等特性参数的一种仪器。本文在前人研究的基础上,对双波长光纤、电容液滴分析仪进行了进一步的研究。基于对原有双波长光纤、电容液滴分析仪进行实验所发现的问题:1)在液滴生长的整个过程中,光纤信号的变化比较小,液滴指纹图的分辨率比较低,不便于特征提取;2)液滴指纹图在开始的一段时间内是一条平线,不随液滴形状的变化而变化,即没有记录液滴生长的全过程;3)两路信号之间存在耦合现象;进行了一些改进工作,具体的改进工作及取得成果如下: 首先,针对光纤信号变化小的缺点,通过分析发现原有设计方案选用的接插件不合理,使信号在传输过程中引入很大噪声,导致有用信号被淹没,基于此本文选用了新的接插件,使信号完全屏蔽,从而解决了信号变化小的难题; 其次,针对液滴指纹图在开始一段时间内存在平线的问题,通过对光在液滴内的反射情况进行分析,发现原有滴头结构中输入、输出光纤的位置设计不合理,导致在液滴开始生长的一段时间内,输出光纤接收的光很小或根本接收不到光。为此,本文根据光在液滴内的反射情况重新设计了输入、输出光纤的位置,经实验证明,新的光纤位置分布可以记录液滴生长的全过程; 最后,针对两路信号之间存在耦合的问题,通过对处理电路中起信号分离作用的带通滤波器进行分析,发现带通滤波器的Q值较低,导致两路信号没有实现完全分开,为此本文用锁相环放大器代替了原来的带通滤波器实现信号分离,经实验验证,锁相环放大器基本上使两路信号完全分开。 另外,基于由天津大学裘祖荣教授提出的将光纤、电容液滴分析仪与微型光谱仪融合联用,可以解决微型光谱仪因为频带窄不具备定性分析难题的理论,本文对微型光纤光谱液滴分析仪进行了初步研究,主要内容包括: 一、搭建实验装置,主要针对新光源对光纤、电容液滴分析仪的光纤信号处理电路进行了重新设计; 二、利用搭建的实验装置进行了初步实验,验证实验装置的可行性;三、结合液滴指纹图和光谱图的特征,编写了物质特性检索软件框架。

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