空气负氧离子浓度检测方法及其系统设计

发布时间：2017-09-21 17:17

  本文关键词：空气负氧离子浓度检测方法及其系统设计

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【摘要】：空气负氧离子在前沿的医学领域中得到了较高的关注,随着研究的不断深入,空气负氧离子浓度的测定是亟待解决的问题,空气负离子浓度检测仪最主要的应用仍在大气环境监测领域。本文研究了空气负离子的组成、特性及空气负离子浓度检测原理,对空气负氧离子浓度检测进行了系统设计,该系统由负氧离子收集器和测量系统两大部分组成。首先,以双重圆筒轴式作为负氧离子收集器的设计原型,推导了双重离子收集器主要参数间的关系。研究了计算流体动力学(CFD),并将其应用于离子收集器的设计,根据水下流体理论提出了在双重圆筒轴式离子收集器的内电极两端添加绝缘半椭球的方法,改进了内电极轮廓线,得到了改进后的双重离子收集器的尺寸。其次,分析了影响空气负氧离子浓度准确度的因素,提出了增大入口端半椭球短轴长度的方法过滤其它空气离子,设计了该收集器。对空气负氧离子收集器内部流场进行数值模拟,验证了设计的合理性。并通过ANSYS经典界面对其内部电场进行数值模拟,提取多个路径的电场强度值进行分析,与理论值相近,满足收集器设计需要,得到了空气负氧离子收集器的设计参数。最后,根据空气负氧离子浓度与输出电流的关系,得到测量电路的设计目标为：10fA-10nA。根据微弱电流检测的基本原理给出了测量电路的设计框图,主要包括I-V转换、放大和控制系统等模块。将I-V模块和量程切换模块相结合设计了多量程I-V转换模块,再由放大电路将I-V转换模块的输出电压放大至适合AD转换的值。设计了各模块的电路,并进行了理论误差分析。
【关键词】：负氧离子 CFD技术 收集器 微弱电流检测
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 研究目的及意义8-9
• 1.2 空气负氧离子浓度检测的研究背景9-10
• 1.3 主要研究内容10-12
• 第二章 空气负离子浓度检测相关理论的研究与分析12-21
• 2.1 空气负离子的特性12-15
• 2.2 空气负离子浓度检测基本原理15-17
• 2.3 离子收集器的分类及性能对比17-18
• 2.4 双重圆筒轴式离子收集器主要参数的推导18-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 双重圆筒轴式离子收集器的改进21-35
• 3.1 ANSYS流体分析的相关理论21-24
• 3.2 双重圆筒轴式离子收集器的分析与改进24-28
• 3.3 改进后的双重圆筒轴式离子收集器的模拟与分析28-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 空气负氧离子收集器的设计与分析35-49
• 4.1 空气负氧离子收集器的设计35-38
• 4.2 负氧离子收集器内部流场的分析38-41
• 4.3 负氧离子收集器内部电场的分析41-47
• 4.3.1 ANSYS经典界面电场分析的相关理论41-43
• 4.3.2 负氧离子收集器内部电场的数值模拟和分析43-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第五章 测量电路的设计49-62
• 5.1 微弱电流检测的基本原理49-50
• 5.2 测量电路的总体方案设计50-52
• 5.3 整体电路设计52-58
• 5.3.1 Ⅰ-Ⅴ模块的电路设计52-53
• 5.3.2 放大和滤波模块的电路设计53-54
• 5.3.3 ADC模块的电路设计54-56
• 5.3.4 MCU和通信电路56-57
• 5.3.5 电源转换电路57-58
• 5.4 可靠性分析58-61
• 5.4.1 屏蔽和抗干扰58
• 5.4.2 环境稳定性58-59
• 5.4.3 理论误差分析59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 工作总结62-63
• 6.2 工作展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 作者简介69
• 攻读硕士学位期间的科研成果69
• 攻读硕士学位期间参与项目情况69

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本文编号：895846