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简要概述水分仪数据采集系统的设计
发布时间:2019-03-26   点击次数:123次
   简要概述水分仪数据采集系统的设计
  水分仪是用来检测物质水分的仪器,广泛应用于药品、化工、食品、烟草、粮食等领域的实验分析和过程检测。当一束红外光照射在被测物体上时,由于物体中的水分子对特定波长的红外光具有强烈的吸收作用,而其它成分对这个波长具有极少的吸收,那么根据红外探测器探测到的物体反射红外线能量大小就可以反映物体中水分多少。传统的水分测量方法主要有干燥法、化学法、电测法等等,主要存在速度慢、精度低、无法在线测量等缺点,而水分仪可克服这些缺点。
  水分仪的数据采集系统设计探讨:
  1.探测器选择
  目前大部分水分仪均采用的硫化铅探测器,但是硫化铅探测器对温度非常敏感,一旦工作温度发生变化,输出信号就产生变化,并且受振动影响较大,因此要设计专门的温度控制电路,且对系统的机械设计提出较高要求。同时硫化铅的响应速度比较慢,不利于高速采集。
  采用了光伏型探测器,由于其具有很好的材料稳定性及良好的抗辐照性能,并且有更成熟的材料生长和器件工艺技术可利用,因此在较高的工作温度及强辐照环境下,探测器具有更佳的表现。探测器在有效工作波长范围0.5-2.5µm,具有高的量子效率和灵敏度,能够配合高速电机的要求。
  2.波段选择
  水分子在近红外区域有4条吸收带,分别为1.19µm,1.45µm,1.94µm,2.95µm。在1.94µm处水分吸收仅次于2.95µm波段,而考虑到探测器的探测峰值较接近1.94µm这个波段范围,同时可采用普通光学玻璃作为仪表中的光学元件,故选择1.94µm处的水份吸收带作为水份敏感波段。为了消除被测物表面质地以及光源波动等的影响,提高仪器的准确度和稳定性,又引入了1.94µm两侧对称的难以被水分吸收的2个波长作为比较参考波长,并采用内外两光路。这种三波段的水分仪在精度上比两波段水分仪高,而设计成本和复杂度上要比四波段更具有优势。
  3.红外源选择
  水分仪的光源要求稳定度高,能量较高,光谱范围能覆盖近红外波段,卤钨灯完全满足了作为红外照射光源的要求。光源的驱动方式有两种,一种是恒压方式,一种是恒流方式。为了消除灯丝电阻的温度特性影响,采用了恒流驱动方式。
  4.数据流程设计
  首先由数据采集系统送出PWM信号驱动电机匀速转动,电机带动探测器的调制盘转动,得到同步信号和光谱信号,经过前放板的调理后送到数据采集系统。在数据采集系统中,根据同步信号判断同步头,给出控制信号控制AD芯片采样光谱信号,将数据缓存到FPGA的片内存储器里,每帧触发一次DSP的EDMA传输,DSP进行水分计算,然后将计算结果送到控制箱进行显示。整个数据采集系统是整个设计的核心。

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