嵌入式光電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

第1章 光電檢測(cè)系統(tǒng)概述\t1
1．1 引言\t2
1．2 光電檢測(cè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成\t2
1．2．1 光源和照明光學(xué)系統(tǒng)\t3
1．2．2 被測(cè)對(duì)象和光學(xué)變換\t3
1．2．3 光信號(hào)的匹配處理\t4
1．2．4 光電轉(zhuǎn)換\t4
1．2．5 電信號(hào)的放大與處理\t4
1．2．6 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)、顯示與控制\t4
1．3 光電檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理\t5
1．3．1 把待測(cè)量變換為光信息模擬量\t5
1．3．2 把待測(cè)量變換為光信息脈沖量\t5
1．3．3 光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式\t6
1．4 光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性\t7
1．4．1 光電檢測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)特性\t7
1．4．2 光電檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性\t10
1．5 光電檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)\t12
參考文獻(xiàn)\t13
第2章 光電檢測(cè)理論基礎(chǔ)\t15
2．1 概述\t16
2．2 激光吸收光譜檢測(cè)原理\t16
2．2．1 Lambert-Beer定律及測(cè)溫原理\t16
2．2．2 分子吸收線(xiàn)型與線(xiàn)寬\t17
2．2．3 TDLAS測(cè)量技術(shù)\t19
2．3 光纖光柵分布式檢測(cè)原理\t22
2．3．1 光纖光柵特性及傳感原理\t22
2．3．2 FBG傳感器解調(diào)原理\t26
2．4 基于脈沖渦流的平板導(dǎo)體無(wú)損檢測(cè)原理\t28
2．4．1 Dodd-Deeds渦流解析模型\t28
2．4．2 平板導(dǎo)體的脈沖渦流模型\t33
2．4．3 基于脈沖渦流平板導(dǎo)體表面缺陷的解析模型\t36
參考文獻(xiàn)\t41
第3章 光電檢測(cè)系統(tǒng)\t45
3．1 光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成\t46
3．2 光源及光學(xué)器件\t46
3．3 光電探測(cè)技術(shù)\t55
3．3．1 光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)\t55
3．3．2 常見(jiàn)光電探測(cè)器\t56
3．4 光電信號(hào)的預(yù)處理技術(shù)\t57
3．4．1 光電流模式\t57
3．4．2 光電導(dǎo)模式\t59
3．5 光電微弱信號(hào)處理技術(shù)\t61
3．5．1 光電檢測(cè)系統(tǒng)的噪聲\t61
3．5．2 噪聲的統(tǒng)計(jì)特征\t64
3．5．3 微弱光電信號(hào)檢測(cè)常用技術(shù)\t66
參考文獻(xiàn)\t69
第4章 嵌入式系統(tǒng)原理及其在光電檢測(cè)中的應(yīng)用\t73
4．1 嵌入式系統(tǒng)的基本概念\t74
4．2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)\t74
4．2．1 嵌入式系統(tǒng)的要求\t75
4．2．2 嵌入式系統(tǒng)的特征\t75
4．2．3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展\t76
4．3 嵌入式系統(tǒng)的組成\t76
4．3．1 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成\t77
4．3．2 嵌入式系統(tǒng)的軟件組成\t78
4．4 嵌入式光電檢測(cè)系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)\t79
4．4．1 嵌入式8位單片機(jī)硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)\t80
4．4．2 嵌入式32位STM32F103單片機(jī)硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)\t80
4．4．3 嵌入式光電檢測(cè)系統(tǒng)外設(shè)接口\t82
4．5 嵌入式光電檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用\t98
4．5．1 基于C8051F340高速單片機(jī)的高精度定時(shí)裝置的設(shè)計(jì)\t98
4．5．2 基于STM32F103的太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)\t102
參考文獻(xiàn)\t107
第5章 布拉格光纖光柵檢測(cè)系統(tǒng)\t109
5．1 檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)\t110
5．1．1 設(shè)計(jì)要求與系統(tǒng)功能\t110
5．1．2 FBG傳感系統(tǒng)測(cè)量方案\t110
5．2 檢測(cè)系統(tǒng)的主要儀器及特性\t111
5．2．1 寬帶光源\t111
5．2．2 光隔離器\t112
5．2．3 光耦合器\t112
5．2．4 FBG傳感器\t113
5．2．5 光纖F-P可調(diào)諧濾波器\t113
5．2．6 PIN光電二極管\t114
5．3 PIN光電二極管檢測(cè)電路\t114
5．3．1 光電二極管的工作模式\t114
5．3．2 光電二極管檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)\t115
5．4 光纖F-P可調(diào)諧濾波器驅(qū)動(dòng)電路\t119
5．4．1 DAC輸出電路\t119
5．4．2 驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)理電路\t120
5．5 分布式FBG溫度和壓力測(cè)量\t121
5．5．1 溫度測(cè)量\t121
5．5．2 壓力測(cè)量\t123
5．6 FBG瞬態(tài)溫度測(cè)量法\t125
5．6．1 研究背景\t125
5．6．2 裝置結(jié)構(gòu)\t126
5．6．3 信號(hào)處理算法\t127
5．7 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測(cè)量\t128
5．7．1 爆轟波的基本概念\t128
5．7．2 測(cè)量爆轟速度和壓力的背景技術(shù)\t129
5．7．3 基于FBG傳感器的爆轟速度測(cè)量原理\t129
5．7．4 基于FBG傳感器的爆轟壓力測(cè)量原理\t130
5．7．5 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測(cè)量系統(tǒng)\t132
參考文獻(xiàn)\t133
第6章 電磁脈沖渦流檢測(cè)系統(tǒng)\t135
6．1 電磁脈沖渦流探頭設(shè)計(jì)\t136
6．1．1 GMR脈沖渦流探頭\t136
6．1．2 Hall脈沖渦流探頭\t137
6．2 嵌入式脈沖渦流驅(qū)動(dòng)技術(shù)\t137
6．2．1 系統(tǒng)構(gòu)成\t137
6．2．2 嵌入式脈沖渦流激勵(lì)源軟件設(shè)計(jì)\t140
6．2．3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試\t142
6．3 嵌入式脈沖渦流缺陷檢測(cè)\t145
6．3．1 系統(tǒng)構(gòu)成\t145
6．3．2 嵌入式脈沖渦流自動(dòng)缺陷檢測(cè)儀器硬件設(shè)計(jì)\t145
6．3．3 嵌入式脈沖渦流自動(dòng)缺陷檢測(cè)儀器軟件設(shè)計(jì)\t149
6．4 脈沖渦流信號(hào)處理\t151
6．4．1 小波理論的脈沖渦流快速預(yù)處理算法研究\t151
6．4．2 小波去噪理論\t152
6．4．3 脈沖渦流響應(yīng)信號(hào)的實(shí)時(shí)預(yù)處理\t153
6．4．4 脈沖渦流響應(yīng)信號(hào)的快速小波去噪算法研究\t158
6．4．5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論\t160
6．5 缺陷分類(lèi)算法\t160
6．5．1 脈沖渦流缺陷識(shí)別與定量檢測(cè)平臺(tái)\t161
6．5．2 基于頻譜分析的脈沖渦流缺陷識(shí)別研究\t163
6．5．3 基于小波變換與頻譜分析的缺陷識(shí)別研究\t171
6．5．4 基于功率譜密度分析和小波變換的脈沖渦流缺陷識(shí)別研究\t175
6．5．5 基于功率譜密度和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的脈沖渦流缺陷識(shí)別研究\t182
參考文獻(xiàn)\t191
第7章 激光光譜檢測(cè)系統(tǒng)\t195
7．1 測(cè)量總體機(jī)構(gòu)\t196
7．2 激光驅(qū)動(dòng)技術(shù)\t197
7．2．1 基于Wavelength模塊的激光驅(qū)動(dòng)器\t197
7．2．2 自主研制的激光驅(qū)動(dòng)器\t206
7．3 多光程技術(shù)\t212
7．3．1 Herriott型長(zhǎng)光程池設(shè)計(jì)理論\t213
7．3．2 新型Herriott長(zhǎng)光程模擬\t214
7．3．3 螺旋式Herroitt多光程池\t217
7．4 信號(hào)處理技術(shù)\t220
7．4．1 鎖相放大器的工作原理\t220
7．4．2 鎖相放大器的基本組成和部件\t221
7．5 儀器實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用\t224
7．5．1 基于TDLAS的小型化C2H2測(cè)量系統(tǒng)研究\t224
7．5．2 基于激光雙吸收譜線(xiàn)的氨氣溫度測(cè)量研究\t227
參考文獻(xiàn)\t231
第8章 光電檢測(cè)系統(tǒng)在火災(zāi)探測(cè)中的應(yīng)用\t235
8．1 概述\t236
8．2 圖像處理技術(shù)在火災(zāi)探測(cè)中的應(yīng)用\t236
8．2．1 多特征量對(duì)數(shù)回歸的火災(zāi)識(shí)別算法\t237
8．2．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析\t239
8．3 多特征量數(shù)據(jù)融合的嵌入式火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)\t242
8．3．1 早期火災(zāi)發(fā)生特點(diǎn)及特征量的選擇\t243
8．3．2 火災(zāi)早期預(yù)警系統(tǒng)\t243
8．3．3 火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)\t245
8．3．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論\t247
8．4 自由基發(fā)射光譜在火災(zāi)探測(cè)中的應(yīng)用\t247
8．4．1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)\t248
8．4．2 基于圖像處理的火災(zāi)識(shí)別算法\t249
8．4．3 自由基光譜測(cè)溫原理\t250
8．4．4 CH自由基光譜測(cè)溫\t252
8．4．5 丁烷在大氣中燃燒的火焰光譜標(biāo)定\t253
8．4．6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論\t253
8．5 激光吸收光譜技術(shù)在火災(zāi)探測(cè)中的應(yīng)用\t254
8．5．1 吸收光譜的譜線(xiàn)選擇\t254
8．5．2 實(shí)驗(yàn)裝置\t255
8．5．3 微控制器和數(shù)字鎖相放大器\t256
8．5．4 傳感器的校準(zhǔn)\t259
8．5．5 火災(zāi)早期探測(cè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)\t261
8．5．6 小結(jié)\t263
參考文獻(xiàn)\t263