荧光光纤传感器测氧实验虚拟仿真系统
发布时间：2021-06-18 14:49
随着计算机技术地迅速发展,人类社会已经从工业时代进入了信息技术时代,同时也产生了许多新兴技术。这些技术对实验教学方式和形式地发展变化起着重要的促进作用。虚拟仿真系统是一种在计算机平台中通过虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术构建的用来模拟现实系统的仿真系统。氧含量地检测在众多研究工作以及科学实践中都有应用,例如在临床医学诊断过程中,血液中的氧分压（血液中氧分子溶解产生的压力）是用来评估病人身体状况的生理测量指标中最重要的之一。光纤传感器具有很高的精度,能够抗电磁和噪声干扰,并且频率选择性良好,这些优点使得光纤传感器成为不可或缺的氧含量测量工具。将虚拟现实技术融入到荧光光纤传感器测氧实验中是非常有意义的。荧光光纤传感器测氧虚拟仿真实验不需要现实实验中的仪器、设备,能够非常逼真地呈现真实实验的操作过程,能够轻松地展示设备的内部结构和部件且能基于部件完好无损地组装设备。虚拟仿真实验可以极大地减少实验成本、大幅提高实验教学效率,不会发生任何生物医学实验的潜在危险,不会产生任何污染环境的气体。在科学技术持续飞速发展的情况下,虚实结合甚至完全虚拟的实验方式必定会成为主流的方式之一。...
【文章来源】：中南民族大学湖北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
真实实验场景DC（DirectCurrent，直流）电源是一种能量转换装置，能将另一种能量转换成电能[20]
荧光光纤传感器测氧实验虚拟仿真系统6光信号是很微弱的而计算氧气的浓度需要测量出荧光信号与激发光信号的相位差，锁相放大器地存在则同时解决了以上两个问题。锁相放大器需要进行参考相位、输入过滤和输出偏移等虚拟设置操作。光源驱动模块受到电信号地激发后能产生光信号。光电转换器是一种把光信号转换为电信号的仪器。滤光器是选择性地透射不同波长的光的器件，同时能阻挡其他的光[23]。2.1.3系统连接原理荧光光纤传感器测氧实验的连接图如图2.2所示，图中箭头方向表示电流或信号地走向。图2.2系统连接图信号发生器输出10kHZ的正弦信号到光源驱动模块，通电后的光源驱动模块受到正弦信号地激发产生正弦光，并且通过光源耦合器将正弦光耦合到光纤中。正弦光通过光纤传输到探头后促使探头中的荧光物质与氧气发生淬灭反应并产生荧光，该荧光再通过光纤传输到滤光器。经过滤光器过滤掉干扰光后，由光电转换器将过荧光信号转换为电信号输入到锁相放大器。锁相放大器可以出测量荧光电信号与方波信号的相位差，再结合式（2.1）、式（2.2）就能计算出氧气的浓度。2.23dsMax理论基础3dsMax是在电脑端运行的、能进行3D动画渲染和3D模型制作的软件[24]。本节将讲解3dsMax的基本物体、基本操作、常用的建模方法和贴图方法。2.2.1基本物体和基本操作3dsMax基本物体有三维基本体和二维基本体两种，通过他们的相互组合或者变形可以制作其他形状的物体。三维基本体有长方体、球体、圆锥体、圆柱体、几何球体等；二维基本体有线、矩形、圆、椭圆、多边形等。常用物体如图2.3所示。
中南民族大学硕士学位论文7图2.33dsMax软件的基本体3dsMax的基本操作有移动、旋转和缩放。这些基本操作都可以沿着XYZ三个坐标轴方向进行。移动和旋转只会改变模型的相对位置，不会改变模型的尺寸，而缩放可以改变模型的尺寸不会改变模型的相对位置。通过不同尺寸的基本体地组合和基本操作就可以制作出很多规则物体。基本体组合的建模方法只能构建一些结构简单、形状规则的模型，而无法制作出结构复杂、形状多样的模型。所以，模型地制作还需要使用其他的方法，下一小节将对其他方法进行详细地阐述。2.2.2建模方法三维模型制作常用的方法有样条线建模、复合建模和多边形建模，本小节将对这些方法分别进行阐述。样条线建模是一种在二维物体的基础上通过修改器工具来制作三维模型的建模方法。常用的样条线修改器有如下四种：（1）挤出修改器。挤出修改器方法是一种对样条线进行拉伸得到三维物体的建模方法。挤出修改器要求样条线是闭合的，把闭合样条线以内的部分作为将要制作物体的底面。在三维坐标系中，从样条线底面开始，沿着样条线底面的垂直方向推动样条线底面，样条线底面推动过程的轨迹叠加起来就是目标物体。挤出修改器推动底面的距离决定了物体的高度。如果沿着垂直底面方向的坐标轴正向挤出，则形成的三维物体的高度为正，反之则为负。此外，还可以设置挤出物体高度的段数，即把高度分成几段。（2）倒角修改器。倒角是机械工程上的术语，是在物体的侧面上切一个与底面成一定角度的小平面。倒角修改器的原理是先对样条线进行拉伸再进行倒角处理。倒角修改器修改的对象只能是闭合的样条线。倒角修改器可以修改物体拉伸的高度，能多次拉伸叠加高度，还能修改倒角的倾斜度数。倒角的正值倾斜度数为向外倾斜、负值倾斜度数则是向内倾
【参考文献】：
期刊论文
[1]多人协作虚拟实验室综述[J]. 甘茂华,阮丽娜,李昌国,杨春. 计算机应用与软件. 2010(05)
博士论文
[1]基础教育信息化发展水平评估研究[D]. 李枞枞.华中师范大学 2018
本文编号：3236856
【文章来源】：中南民族大学湖北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
真实实验场景DC（DirectCurrent，直流）电源是一种能量转换装置，能将另一种能量转换成电能[20]
荧光光纤传感器测氧实验虚拟仿真系统6光信号是很微弱的而计算氧气的浓度需要测量出荧光信号与激发光信号的相位差，锁相放大器地存在则同时解决了以上两个问题。锁相放大器需要进行参考相位、输入过滤和输出偏移等虚拟设置操作。光源驱动模块受到电信号地激发后能产生光信号。光电转换器是一种把光信号转换为电信号的仪器。滤光器是选择性地透射不同波长的光的器件，同时能阻挡其他的光[23]。2.1.3系统连接原理荧光光纤传感器测氧实验的连接图如图2.2所示，图中箭头方向表示电流或信号地走向。图2.2系统连接图信号发生器输出10kHZ的正弦信号到光源驱动模块，通电后的光源驱动模块受到正弦信号地激发产生正弦光，并且通过光源耦合器将正弦光耦合到光纤中。正弦光通过光纤传输到探头后促使探头中的荧光物质与氧气发生淬灭反应并产生荧光，该荧光再通过光纤传输到滤光器。经过滤光器过滤掉干扰光后，由光电转换器将过荧光信号转换为电信号输入到锁相放大器。锁相放大器可以出测量荧光电信号与方波信号的相位差，再结合式（2.1）、式（2.2）就能计算出氧气的浓度。2.23dsMax理论基础3dsMax是在电脑端运行的、能进行3D动画渲染和3D模型制作的软件[24]。本节将讲解3dsMax的基本物体、基本操作、常用的建模方法和贴图方法。2.2.1基本物体和基本操作3dsMax基本物体有三维基本体和二维基本体两种，通过他们的相互组合或者变形可以制作其他形状的物体。三维基本体有长方体、球体、圆锥体、圆柱体、几何球体等；二维基本体有线、矩形、圆、椭圆、多边形等。常用物体如图2.3所示。
中南民族大学硕士学位论文7图2.33dsMax软件的基本体3dsMax的基本操作有移动、旋转和缩放。这些基本操作都可以沿着XYZ三个坐标轴方向进行。移动和旋转只会改变模型的相对位置，不会改变模型的尺寸，而缩放可以改变模型的尺寸不会改变模型的相对位置。通过不同尺寸的基本体地组合和基本操作就可以制作出很多规则物体。基本体组合的建模方法只能构建一些结构简单、形状规则的模型，而无法制作出结构复杂、形状多样的模型。所以，模型地制作还需要使用其他的方法，下一小节将对其他方法进行详细地阐述。2.2.2建模方法三维模型制作常用的方法有样条线建模、复合建模和多边形建模，本小节将对这些方法分别进行阐述。样条线建模是一种在二维物体的基础上通过修改器工具来制作三维模型的建模方法。常用的样条线修改器有如下四种：（1）挤出修改器。挤出修改器方法是一种对样条线进行拉伸得到三维物体的建模方法。挤出修改器要求样条线是闭合的，把闭合样条线以内的部分作为将要制作物体的底面。在三维坐标系中，从样条线底面开始，沿着样条线底面的垂直方向推动样条线底面，样条线底面推动过程的轨迹叠加起来就是目标物体。挤出修改器推动底面的距离决定了物体的高度。如果沿着垂直底面方向的坐标轴正向挤出，则形成的三维物体的高度为正，反之则为负。此外，还可以设置挤出物体高度的段数，即把高度分成几段。（2）倒角修改器。倒角是机械工程上的术语，是在物体的侧面上切一个与底面成一定角度的小平面。倒角修改器的原理是先对样条线进行拉伸再进行倒角处理。倒角修改器修改的对象只能是闭合的样条线。倒角修改器可以修改物体拉伸的高度，能多次拉伸叠加高度，还能修改倒角的倾斜度数。倒角的正值倾斜度数为向外倾斜、负值倾斜度数则是向内倾
【参考文献】：
期刊论文
[1]多人协作虚拟实验室综述[J]. 甘茂华,阮丽娜,李昌国,杨春. 计算机应用与软件. 2010(05)
博士论文
[1]基础教育信息化发展水平评估研究[D]. 李枞枞.华中师范大学 2018
本文编号：3236856
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