TDLAS呼吸气检测温控系统结构优化与控制软件设计
发布时间：2021-02-21 15:35
呼吸气诊断技术通过检测人体呼出气体中的特定异常成份诊断疾病,具有无创、快速、安全等优势,临床应用前景广阔。中红外可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）在检测灵敏度、系统稳定性和运维成本等方面有明显的综合优势,极有潜力应用于呼吸气检测。中红外TDLAS激光器温控系统的温度稳定性和功耗对气体检测灵敏度及整体功耗有重要影响,本文在温控系统结构、控制算法等方面的对其进行系统化的优化设计。为避免激光器受到多变空气环境的直接影响,设计了以两级半导体制冷器（Thermoelectric Cooler,TEC）为核心,分别对激光器芯片和激光器外壳进行温度控制的二级温控结构。以TEC的低耗高效应用为原则进行两级TEC器件选型,并通过温控系统中各部件的材料、尺寸等参数调整进行整体结构优化。以此设计方法,从CO气体检测激光器的温控需求出发,设计了半导体激光器温控系统结构,FloTHERM仿真结果显示,此温控系统的一、二级TEC 的制冷系数（Coefficiency of Performance,COP）分别达到 8....
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 TDLAS激光器温度控制研究现状
1.2.1 温控系统结构设计
1.2.2 系统辨识方法
1.2.3 温控系统算法设计
1.3 论文的主要研究内容
1.4 论文章节安排
第2章 温控结构设计及优化
2.1 激光器温控需求分析
2.2 二级TEC温控系统结构
2.2.1 TEC工作原理
2.2.2 温控结构设计
2.3 TEC器件的优化选型
2.4 温控结构整体优化
2.5 本章小结
第3章 温控系统控制算法设计
3.1 二级温控算法原理
3.1.1 PID算法原理
3.1.2 PID/F-PID结合二级温控算法设计
3.2 温控系统传递函数辨识
3.2.1 系统辨识方法
3.2.2 温控系统传递函数
3.3 一级模糊PID控制器设计
3.3.1 模糊化与隶属度函数设计
3.3.2 模糊控制规则库设计
3.3.3 模糊推理与解模糊化
3.4 仿真与模糊规则优化
3.5 本章小结
第4章 温控系统实现与测试
4.1 温控系统组成
4.2 温控系统软件设计
4.2.1 软件功能概述
4.2.2 算法在线整定实现
4.2.3 通讯模块设计
4.3 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的高精度半导体激光器温度控制系统设计[J]. 韩团军,韦平平,黎高峰. 激光杂志. 2018(09)
[2]一氧化氮检测在呼吸性疾病中的临床意义[J]. 李洪晓,刘圣斌,汪晓飞,江兴玉,徐立新,黄文龙. 当代医学. 2018(24)
[3]基于模糊神经网络PID的串级温度控制系统研究[J]. 刘辉,吴云洁,刘旺开,时志国. 兵工自动化. 2018(08)
[4]可调谐二极管激光吸收光谱技术的应用研究进展[J]. 聂伟,阚瑞峰,杨晨光,陈兵,许振宇,刘文清. 中国激光. 2018(09)
[5]激光光谱技术在呼吸气体分析中的发展与未来[J]. 姜琛昱,孙美秀,李迎新,王储记. 中国激光. 2018(02)
[6]多通道半导体激光器温控系统[J]. 何启欣,刘慧芳,李彬,郑传涛,王一丁. 光学学报. 2017(11)
[7]基于新型模糊PID控制单元的LD精密温控研究[J]. 张克非,蒋涛,邵龙,苏良闯,叶涛. 光学精密工程. 2017(03)
[8]基于分段阶跃响应法的制冷系统传递函数辨识[J]. 孙启扬,金占雷,毛毅华,戴立群,徐圣亚,徐丽娜. 真空与低温. 2015(05)
[9]基于自整定模糊PID算法的LD温度控制系统[J]. 戴俊珂,姜海明,钟奇润,谢康,曹文峰. 红外与激光工程. 2014(10)
[10]NTC热敏电阻的标定及阻温特性研究[J]. 关奉伟,刘巨,于善猛,江帆,杨近松. 光机电信息. 2011(07)
博士论文
[1]InGaAs（Sb）近、中红外激光器材料与器件研究[D]. 尤明慧.长春理工大学 2013
硕士论文
[1]半导体制冷器温控系统的设计[D]. 胡晚屏.武汉科技大学 2019
[2]某固体激光器TEC温度控制系统的研制[D]. 金策.哈尔滨工业大学 2019
[3]面向混沌半导体激光器的高精度温控与直流驱动电路系统设计[D]. 杨帅军.太原理工大学 2018
[4]基于变论域模糊PI控制的气体温度控制算法研究[D]. 张杰.华中科技大学 2018
[5]基于模糊PID参数自整定的细胞培养箱温度控制研究与实现[D]. 刘大军.宁波大学 2017
[6]半导体激光器两级耦合式温控方法研究[D]. 刘洋.北京理工大学 2016
[7]基于ARM嵌入式的数据采集系统设计与开发[D]. 张国洲.重庆大学 2016
[8]半导体激光器温控系统辨识与控制方法的研究[D]. 侯洪洋.湖北工业大学 2015
[9]TDLAS的高精度多环路PID数字温控系统[D]. 刘欣.山东大学 2015
[10]基于PV/SOFC的分布式冷热电联供系统的仿真研究[D]. 代梅.山东大学 2015
本文编号：3044555
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 TDLAS激光器温度控制研究现状
1.2.1 温控系统结构设计
1.2.2 系统辨识方法
1.2.3 温控系统算法设计
1.3 论文的主要研究内容
1.4 论文章节安排
第2章 温控结构设计及优化
2.1 激光器温控需求分析
2.2 二级TEC温控系统结构
2.2.1 TEC工作原理
2.2.2 温控结构设计
2.3 TEC器件的优化选型
2.4 温控结构整体优化
2.5 本章小结
第3章 温控系统控制算法设计
3.1 二级温控算法原理
3.1.1 PID算法原理
3.1.2 PID/F-PID结合二级温控算法设计
3.2 温控系统传递函数辨识
3.2.1 系统辨识方法
3.2.2 温控系统传递函数
3.3 一级模糊PID控制器设计
3.3.1 模糊化与隶属度函数设计
3.3.2 模糊控制规则库设计
3.3.3 模糊推理与解模糊化
3.4 仿真与模糊规则优化
3.5 本章小结
第4章 温控系统实现与测试
4.1 温控系统组成
4.2 温控系统软件设计
4.2.1 软件功能概述
4.2.2 算法在线整定实现
4.2.3 通讯模块设计
4.3 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术成果
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的高精度半导体激光器温度控制系统设计[J]. 韩团军,韦平平,黎高峰. 激光杂志. 2018(09)
[2]一氧化氮检测在呼吸性疾病中的临床意义[J]. 李洪晓,刘圣斌,汪晓飞,江兴玉,徐立新,黄文龙. 当代医学. 2018(24)
[3]基于模糊神经网络PID的串级温度控制系统研究[J]. 刘辉,吴云洁,刘旺开,时志国. 兵工自动化. 2018(08)
[4]可调谐二极管激光吸收光谱技术的应用研究进展[J]. 聂伟,阚瑞峰,杨晨光,陈兵,许振宇,刘文清. 中国激光. 2018(09)
[5]激光光谱技术在呼吸气体分析中的发展与未来[J]. 姜琛昱,孙美秀,李迎新,王储记. 中国激光. 2018(02)
[6]多通道半导体激光器温控系统[J]. 何启欣,刘慧芳,李彬,郑传涛,王一丁. 光学学报. 2017(11)
[7]基于新型模糊PID控制单元的LD精密温控研究[J]. 张克非,蒋涛,邵龙,苏良闯,叶涛. 光学精密工程. 2017(03)
[8]基于分段阶跃响应法的制冷系统传递函数辨识[J]. 孙启扬,金占雷,毛毅华,戴立群,徐圣亚,徐丽娜. 真空与低温. 2015(05)
[9]基于自整定模糊PID算法的LD温度控制系统[J]. 戴俊珂,姜海明,钟奇润,谢康,曹文峰. 红外与激光工程. 2014(10)
[10]NTC热敏电阻的标定及阻温特性研究[J]. 关奉伟,刘巨,于善猛,江帆,杨近松. 光机电信息. 2011(07)
博士论文
[1]InGaAs（Sb）近、中红外激光器材料与器件研究[D]. 尤明慧.长春理工大学 2013
硕士论文
[1]半导体制冷器温控系统的设计[D]. 胡晚屏.武汉科技大学 2019
[2]某固体激光器TEC温度控制系统的研制[D]. 金策.哈尔滨工业大学 2019
[3]面向混沌半导体激光器的高精度温控与直流驱动电路系统设计[D]. 杨帅军.太原理工大学 2018
[4]基于变论域模糊PI控制的气体温度控制算法研究[D]. 张杰.华中科技大学 2018
[5]基于模糊PID参数自整定的细胞培养箱温度控制研究与实现[D]. 刘大军.宁波大学 2017
[6]半导体激光器两级耦合式温控方法研究[D]. 刘洋.北京理工大学 2016
[7]基于ARM嵌入式的数据采集系统设计与开发[D]. 张国洲.重庆大学 2016
[8]半导体激光器温控系统辨识与控制方法的研究[D]. 侯洪洋.湖北工业大学 2015
[9]TDLAS的高精度多环路PID数字温控系统[D]. 刘欣.山东大学 2015
[10]基于PV/SOFC的分布式冷热电联供系统的仿真研究[D]. 代梅.山东大学 2015
本文编号：3044555
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