智能数显折光仪光学与机械系统研发

发布时间：2017-08-13 05:44

  本文关键词：智能数显折光仪光学与机械系统研发

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【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。
【关键词】：全反射 智能数显折光仪 光学系统 机械系统
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 学术背景与实际意义12-13
• 1.2 国内外文献综述13-14
• 1.3 课题的来源及主要研究内容14-17
• 1.3.1 课题来源14-15
• 1.3.2 主要研究内容15-17
• 第二章 光学系统设计17-44
• 2.1 测量方法的介绍与选择17-21
• 2.1.1 常用测量方法的介绍17-20
• 2.1.2 测量方法的选择20-21
• 2.2 照明系统的设计21-25
• 2.2.1 光源的选择21-22
• 2.2.2 光源参数的计算22-23
• 2.2.3 聚光镜的设计23-25
• 2.3 折光系统的设计25-30
• 2.3.1 折光棱镜的参数设计25-27
• 2.3.2 棱镜角取值及视场范围讨论27-30
• 2.4 成像系统的设计30-33
• 2.4.1 孔镜光阑的设计30-31
• 2.4.2 成象透镜的设计31-33
• 2.5 图像传感器的选择33-38
• 2.5.1 图像传感器的分类34-36
• 2.5.2 CMOS与CCD的比较36
• 2.5.3 图像传感器的选择36-38
• 2.6 整体光学系统分析38-43
• 2.6.1 光学原理分析38-39
• 2.6.2 光学总体方案设计39-42
• 2.6.3 全反射光光强分析42-43
• 2.7 本章小结43-44
• 第三章 实验样机结构设计44-54
• 3.1 照明组设计44-45
• 3.2 折光棱镜组45-47
• 3.3 连接架组设计47-48
• 3.4 成像透镜组设计48-49
• 3.5 CCD安装组设计49
• 3.6 实验样机整体设计49-51
• 3.7 关键技术分析51-53
• 3.7.1 消除色散的设计51
• 3.7.2 调焦结构的设计51-52
• 3.7.3 CCD像面纵向位置的微调52
• 3.7.4 CCD像面倾斜角度微调的结构设计52-53
• 3.8 本章小结53-54
• 第四章 样机改进结构设计54-75
• 4.1 光源组改进设计54
• 4.2 折光棱镜组改进设计54-55
• 4.3 连接架组改进设计55-65
• 4.3.1 连接架的结构设计与有限元分析56-59
• 4.3.2 连接架的加工工艺59-62
• 4.3.3 连接架的分解62-65
• 4.4 内置元器件的选择与安装65-68
• 4.4.1 触摸屏的选择与安装66-67
• 4.4.2 微型打印机的选择与安装67-68
• 4.4.3 散热装置的选择与安装68
• 4.5 外罩结构设计68-72
• 4.5.1 外罩结构概述68-70
• 4.5.2 卡扣设计70-72
• 4.6 整体结构设计72-74
• 4.7 本章小结74-75
• 第五章 实验设计与分析75-77
• 5.1 本实验设计本仪器设计的主要技术指标75
• 5.2 实验设计75-77
• 第六章总结与展望77-78
• 参考文献78-81
• 附录81-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文取得的相关科研成果82-83
• 致谢83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 熊平;CCD与CMOS图像传感器特点比较[J];半导体光电;2004年01期

2 辛督强;朱民;解延雷;张涛;;测量液体折射率的几种方法[J];大学物理;2007年01期

3 刘胜洋;曹明娜;李刚;;高灵敏度CCD光电信号检测系统的设计[J];电子测量技术;2007年03期

4 屈少华;陈阳;程永进;;基于单片机的线阵CCD驱动及采集系统的设计[J];电子技术;2012年04期

5 莫莉萍,李忠彦,秦贯丰,高大维;自动折光仪光学系统设计[J];分析仪器;1997年04期

6 沈，

本文编号：665712