精密仪器设计18第七章课件.ppt

1、通过对便携式近红外光谱仪器、激光干通过对便携式近红外光谱仪器、激光干涉测长仪涉测长仪*设计分析，掌握精密仪器的特点、设计分析，掌握精密仪器的特点、要求、结构及设计方法。要求、结构及设计方法。7.1* 近红外光谱仪器设计近红外光谱仪器设计7.2 激光干涉测长仪设计激光干涉测长仪设计一、 近红外光谱仪器概述二、总体设计二、总体设计三、主要模块设计三、主要模块设计二、总体设计二、总体设计1、确定方案、确定方案2、主要模块、主要模块仪器要求：仪器要求： 便携式，固体样品、野外现场测量。便携式，固体样品、野外现场测量。主要技术指标：主要技术指标： 1、波长范围：、波长范围：1300-2500nm2、分辨

2、率：、分辨率：7-10nm3、采样间距：、采样间距：2或或4nm4、光谱测量时间：、光谱测量时间：20-60s5、仪器重量：低于、仪器重量：低于5kg6、电源：野外电池供电、电源：野外电池供电 光源：卤钨灯光源：卤钨灯分光：单光路光栅扫描分光：单光路光栅扫描取样：漫反射积分球取样：漫反射积分球 光光源源分分光光系系统统积分球积分球PbS放放大大系系统统 单单片片机机控控制制系系统统波长扫描波长扫描驱动驱动上上层层控控制制系系统统数数据据采采集集样品样品1、光学系统设计、光学系统设计2、机械系统设计、机械系统设计3、电路系统设计、电路系统设计4、软件系统设计、软件系统设计1、光路系统、光路系统光

3、源系统光源系统分光系统分光系统卤钨灯卤钨灯切光器切光器光栅及两个光栅及两个凹面反射镜凹面反射镜积分球积分球样品样品出射狭缝出射狭缝入射狭缝入射狭缝探测器探测器透镜聚光系统透镜聚光系统光源系统光源系统 积分球积分球切光器切光器 分光分光 系统系统积分球积分球传传动动机机构构分光系统分光系统仪器机械布局框图仪器机械布局框图 仪器电路框图仪器电路框图 光栅扫描光栅扫描驱动系统驱动系统89C2051控制系统控制系统MAX232/USB前放系统前放系统数据采集系统数据采集系统PbS探测器探测器信号处理系统信号处理系统稳速电路稳速电路参考信号参考信号检测电路检测电路调制装置调制装置主主机机控控制制软软件件

4、系统自检模块系统自检模块启动自检模块启动自检模块功能自检模块功能自检模块光谱扫描模块光谱扫描模块背景扫描背景扫描白板扫描白板扫描样品扫描样品扫描参数设置模块参数设置模块数据处理模块数据处理模块帮助模块帮助模块样品光谱计算样品光谱计算数据存储、数据存储、调用、显示调用、显示底层驱动软件框图底层驱动软件框图 上层控制软件框图上层控制软件框图 等待上层等待上层命令并喂狗命令并喂狗接受参数接受参数N根据参数根据参数处理命令处理命令处处理理命命令令反相转动反相转动N纳米纳米通讯功通讯功能测试能测试放大倍放大倍数设置数设置采集次采集次数设置数设置回到光回到光学零点学零点开始开始采样采样释放步释放步进电机进

5、电机命令有命令有参数？参数？初始化初始化切光器切光器控制控制发送处理发送处理结果结果正相转动正相转动N纳米纳米YN三、主要模块设计三、主要模块设计（1）分光系统）分光系统（2）分光扫描及其驱动系统）分光扫描及其驱动系统（3）信号检测控制系统）信号检测控制系统（4）通讯及数据处理模块）通讯及数据处理模块2sin)sin(sinadk常数2cos2da1 5 4 3 2 7 6 1-螺杆 2-螺母 3-销 4-滑槽 5-摆杆 6-轴 7-光栅AOOBaasinAOOBsinAOB传感器传感器前前 放放锁相锁相 放大器放大器 A/D 模模 块块 机机 片片 单单 电机驱动模块电机驱动模块块块 模模

6、讯讯 通通带通带通滤波器滤波器信号信号输入输入模拟模拟移相器移相器同步同步积分器积分器脉冲产生电路脉冲产生电路方波整形电路方波整形电路滤波及倒相滤波及倒相电路电路电压跟随器电压跟随器PSD信号通道信号通道参考通道参考通道CBAUSB接口接口模拟信号模拟信号USB接口芯片接口芯片PDIUSBD12单片机单片机AT89S52AD7715MC1413上位机上位机步进电机步进电机123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-May-2006 Sheet of File:F:项目管理usb示波器课题(吉林省科技厅)PCB&SCHcope.ddbDr

7、awn By:DATA01DATA12DATA23DATA34GND5DATA46DATA57DATA68DATA79ALE10CS_N11SUSPEND12CLKOUT13INT_N14RD_N15WR_N16DMREQ17DMACK_N18EOT_N19RESET_N20GL_N21XIAL122XIAL223VDD24D-25D+26VOUT27A028U1 1PDIUSBD1 2Y26 MHzC6 63 3PFC6 73 3PFVCCVCCC6 81 0u FVCCC6 50 .0 1 uFVCCVCC1V-2V+3GND4SHILD5J2USBVCCDATA0DATA1DATA2DA

8、TA3DATA4DATA5DATA6DATA7C3 40 .1 u FL9C3 20 .1 u FC6 44 .7 u FC3 3 0 .1 u F21D3 LEDALEDATA BUSRD_NWR_ND12_CSD12_INTR1410KR1610KR1310KR12KR271MR4818R4918R281MR47 470R15 10K123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-May-2006 Sheet of File:F:项目管理usb示波器课题(吉林省科技厅)PCB&SCHcope.ddbDrawn By:P1.51P1.62

9、P1.73RST4P3.05NC6P3.17P3.28P3.39P3.410P3.511P3.612P3.713XTAL214XTAL115GND16GND17P2.018P2.119P2.220P2.321P2.422P2.523P2.624P2.725PSEN26NC28EA29P0.730P0.631P0.532ALE27P0.433P0.334P0.235P0.136P0.037VCC38NC39P1.040P1.141P1.242P1.343P1.444U1 0AT89 S5 2DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5DATA6DATA7C 6 33 0p FC

10、6 23 0p FY133MHzC 3 10 .1 u FVCCVCC12345678910J1AT89 ISPVCCVCCC 6 11 0u FP1.5P1.6P1.7DATA BUSALERD_NWR_ND12_CSR458.2KR46 100 光学系统光学系统： 机械系统机械系统： 扫描机构扫描机构 切光器切光器 电路系统电路系统： 分光的范围与分辨率分光的范围与分辨率 波长的准确性波长的准确性 检测信号的频率、参考信号的占空比。检测信号的频率、参考信号的占空比。 信号的稳定信号的稳定光源、传感器光源、传感器 线性线性放大电路放大电路起始位置定位（机械零点）；起始位置定位（机械零点）；电

11、机的角度与波长的线性关系（步距当量）；电机的角度与波长的线性关系（步距当量）；采取系列措施：采取系列措施： 传感器稳压加制冷、传感器稳压加制冷、 光源稳流、光源稳流、 调制信号稳压、调制信号稳压、 分时控制、分时控制、 信号调理方法改进，信号调理方法改进，提高自制仪器的稳定性、分辨率，降低功耗。提高自制仪器的稳定性、分辨率，降低功耗。PISA-2PISA-4 PISA_M PISA_SF PISA_CF PISA_ OU PISA_ RC PISA_ASPISA-2PISA-4PISA-2PISA-42.82%0.98%仪器参数仪器参数光谱范围：光谱范围：1200-2500nm采样间隔：采样间

12、隔：4nm样品：高岭石固体样品：高岭石固体取样方式：积分球取样方式：积分球PISA-2PISA-4小于小于16nm（1400nm）12001400160018002000220024000.20.250.30.350.40.45wavelength(nm)reflectivity Pisa-4Pisa-4n便携式近红外光谱分析仪便携式近红外光谱分析仪南京中地：南京中地：BJKF-1 自制自制PISA-2： 光谱范围光谱范围1200-2500nm 采样间隔采样间隔4nm自制自制PISA-4： 光谱范围光谱范围1200-2500nm 采样间隔采样间隔4nm南京中地（南京中地（BJKF-1） 光谱范

13、围光谱范围1300-2500nm 采样间隔采样间隔2nm样品：滑石粉末样品：滑石粉末PISA-2PISA-4小于小于24nm（2300nm）序号序号仪器型号及厂家仪器型号及厂家仪器类型及测量参数仪器类型及测量参数1MPA，美国美国Bruker公司公司傅立叶，光谱范围：傅立叶，光谱范围：12500-4000cm-1(900-2500nm)，采样间隔采样间隔3.857 cm-1，扫描次数：，扫描次数：64次次2Luminar5030-731，美国美国BRIMROSE公司公司AOTF，光谱范围：，光谱范围：1300-2500nm，采样间隔：，采样间隔：2nm，扫描次数：，扫描次数：32次次3南京中地

14、：南京中地：BJKF-1光栅扫描，光谱范围：光栅扫描，光谱范围：1300-2500nm，采样间隔，采样间隔2nm4聚光聚光SupNIR-1000阵列式，光谱范围：阵列式，光谱范围：1300-2500nm，采样间隔，采样间隔1nm5自制仪器自制仪器PISA-2光栅扫描，光谱范围：光栅扫描，光谱范围：1300-2500nm，采样间隔，采样间隔1nm or 4nm6自制仪器自制仪器PISA-4光栅扫描，光谱范围：光栅扫描，光谱范围：1300-2500nm，采样间隔，采样间隔4nm对比结果表明：对比结果表明：PISA-4的仪器性能指的仪器性能指标，尤其是分辨率，标，尤其是分辨率，达到国内外同类仪器达到国内外同类仪器产品的水平。产品的水平。 （1）便携式仪器设计的关键是什么？）便携式仪器设计的关键是什么？（2）如何解决微型精密仪器的结构简单、紧）如何解决微型精密仪器的结构简单、紧凑与高精度的矛盾？凑与高精度的矛盾？