復(fù)雜環(huán)境下溶液濃度光電測量系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、折射率可以反映溶液中溶質(zhì)濃度的信息，在科研和生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)場景中，復(fù)雜的環(huán)境對折射率測量產(chǎn)生了限制，傳統(tǒng)的折光計難以勝任。須要根據(jù)測量對象和工作環(huán)境的特點，提供在線式自動化的折射率測量方法和裝置，從而在工業(yè)環(huán)境下實時準確的匯報折射率信息，推算出溶液的組分。本論文從鉛酸蓄電池荷電狀態(tài)的實時監(jiān)測需求出發(fā)，完成了在線式折光儀的樣機研制，并重點探討了傳感器樣機抗拒環(huán)境干擾，穩(wěn)定工作的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)使折光儀在現(xiàn)代工業(yè)中具有更廣闊

2、的應(yīng)用前景。在工程研究的基礎(chǔ)上，針對光吸收性液體折射率測量的學(xué)術(shù)難題，提出了小入射角折射率測量法，完善了復(fù)雜液體的折射率測量方法。
　　論文首先針對蓄電池荷電狀態(tài)監(jiān)測的難題，基于臨界角法，提出并實現(xiàn)了高穩(wěn)定性的光電測量系統(tǒng)。為增強抗環(huán)境干擾能力，系統(tǒng)使用面陣圖像探測器和發(fā)散光束設(shè)計。論文分模塊闡述了傳感器的光學(xué)系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)，嵌入式系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計。通過多次現(xiàn)場實驗改進系統(tǒng)的防酸密封設(shè)計、光源耦合工藝和抗氣泡干擾措施。改良后的

3、樣機可以在復(fù)雜的電解液環(huán)境下獲取清晰的反射光斑圖像，裝置的穩(wěn)定性強。
　　利用光電傳感器樣機，研究了在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定測量溶液密度的軟件算法。通過頻域濾波和微分法，從傳感器圖像準確提取臨界角信息。使用查表法和分段線性差值建立臨界角和電解液密度的對應(yīng)關(guān)系。通過實驗研究了系統(tǒng)的溫度補償模型。綜合運用這些技術(shù)，傳感器樣機在長達3個月的現(xiàn)場測量實驗中，密度測量誤差保持在0.005 g/cm3以內(nèi)，實現(xiàn)預(yù)期指標。
　　面向工業(yè)應(yīng)用，設(shè)計

4、了光電傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)基于 CAN總線技術(shù)，包括硬件模塊設(shè)計和通信協(xié)議設(shè)計。設(shè)置傳感器的軟件流程，使多臺傳感器在一臺上位機的遠程操控下有序的實現(xiàn)了安裝入網(wǎng)、參數(shù)測量與密度校準工作。
　　最后，本論文提出了一種測量強吸收液體復(fù)折射率實部的方法。液體的光吸收性使通常的臨界角法出現(xiàn)大的測量誤差。本論文進而指出，在小入射角處，反射率對溶液的吸收性不敏感。通過測量小入射角的反射率可以計算溶液的復(fù)折射率實部。在理論分析與實驗數(shù)據(jù)的支持下，