嵌入式光電檢測系統(tǒng)設計及應用

第1章 光電檢測系統(tǒng)概述\t1
1．1 引言\t2
1．2 光電檢測系統(tǒng)的主要構成\t2
1．2．1 光源和照明光學系統(tǒng)\t3
1．2．2 被測對象和光學變換\t3
1．2．3 光信號的匹配處理\t4
1．2．4 光電轉換\t4
1．2．5 電信號的放大與處理\t4
1．2．6 計算機的存儲、顯示與控制\t4
1．3 光電檢測系統(tǒng)的工作原理\t5
1．3．1 把待測量變換為光信息模擬量\t5
1．3．2 把待測量變換為光信息脈沖量\t5
1．3．3 光電檢測系統(tǒng)的基本結構形式\t6
1．4 光電檢測系統(tǒng)的基本特性\t7
1．4．1 光電檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性\t7
1．4．2 光電檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性\t10
1．5 光電檢測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢\t12
參考文獻\t13
第2章 光電檢測理論基礎\t15
2．1 概述\t16
2．2 激光吸收光譜檢測原理\t16
2．2．1 Lambert-Beer定律及測溫原理\t16
2．2．2 分子吸收線型與線寬\t17
2．2．3 TDLAS測量技術\t19
2．3 光纖光柵分布式檢測原理\t22
2．3．1 光纖光柵特性及傳感原理\t22
2．3．2 FBG傳感器解調原理\t26
2．4 基于脈沖渦流的平板導體無損檢測原理\t28
2．4．1 Dodd-Deeds渦流解析模型\t28
2．4．2 平板導體的脈沖渦流模型\t33
2．4．3 基于脈沖渦流平板導體表面缺陷的解析模型\t36
參考文獻\t41
第3章 光電檢測系統(tǒng)\t45
3．1 光電檢測系統(tǒng)的基本構成\t46
3．2 光源及光學器件\t46
3．3 光電探測技術\t55
3．3．1 光電效應和光熱效應\t55
3．3．2 常見光電探測器\t56
3．4 光電信號的預處理技術\t57
3．4．1 光電流模式\t57
3．4．2 光電導模式\t59
3．5 光電微弱信號處理技術\t61
3．5．1 光電檢測系統(tǒng)的噪聲\t61
3．5．2 噪聲的統(tǒng)計特征\t64
3．5．3 微弱光電信號檢測常用技術\t66
參考文獻\t69
第4章 嵌入式系統(tǒng)原理及其在光電檢測中的應用\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\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 嵌入式光電檢測系統(tǒng)硬件開發(fā)平臺\t79
4．4．1 嵌入式8位單片機硬件開發(fā)平臺\t80
4．4．2 嵌入式32位STM32F103單片機硬件開發(fā)平臺\t80
4．4．3 嵌入式光電檢測系統(tǒng)外設接口\t82
4．5 嵌入式光電檢測系統(tǒng)開發(fā)應用\t98
4．5．1 基于C8051F340高速單片機的高精度定時裝置的設計\t98
4．5．2 基于STM32F103的太陽跟蹤控制系統(tǒng)的設計\t102
參考文獻\t107
第5章 布拉格光纖光柵檢測系統(tǒng)\t109
5．1 檢測系統(tǒng)總體結構\t110
5．1．1 設計要求與系統(tǒng)功能\t110
5．1．2 FBG傳感系統(tǒng)測量方案\t110
5．2 檢測系統(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 光電二極管檢測電路的設計\t115
5．4 光纖F-P可調諧濾波器驅動電路\t119
5．4．1 DAC輸出電路\t119
5．4．2 驅動電壓調理電路\t120
5．5 分布式FBG溫度和壓力測量\t121
5．5．1 溫度測量\t121
5．5．2 壓力測量\t123
5．6 FBG瞬態(tài)溫度測量法\t125
5．6．1 研究背景\t125
5．6．2 裝置結構\t126
5．6．3 信號處理算法\t127
5．7 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測量\t128
5．7．1 爆轟波的基本概念\t128
5．7．2 測量爆轟速度和壓力的背景技術\t129
5．7．3 基于FBG傳感器的爆轟速度測量原理\t129
5．7．4 基于FBG傳感器的爆轟壓力測量原理\t130
5．7．5 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測量系統(tǒng)\t132
參考文獻\t133
第6章 電磁脈沖渦流檢測系統(tǒng)\t135
6．1 電磁脈沖渦流探頭設計\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 嵌入式脈沖渦流驅動技術\t137
6．2．1 系統(tǒng)構成\t137
6．2．2 嵌入式脈沖渦流激勵源軟件設計\t140
6．2．3 實驗測試\t142
6．3 嵌入式脈沖渦流缺陷檢測\t145
6．3．1 系統(tǒng)構成\t145
6．3．2 嵌入式脈沖渦流自動缺陷檢測儀器硬件設計\t145
6．3．3 嵌入式脈沖渦流自動缺陷檢測儀器軟件設計\t149
6．4 脈沖渦流信號處理\t151
6．4．1 小波理論的脈沖渦流快速預處理算法研究\t151
6．4．2 小波去噪理論\t152
6．4．3 脈沖渦流響應信號的實時預處理\t153
6．4．4 脈沖渦流響應信號的快速小波去噪算法研究\t158
6．4．5 實驗結果與討論\t160
6．5 缺陷分類算法\t160
6．5．1 脈沖渦流缺陷識別與定量檢測平臺\t161
6．5．2 基于頻譜分析的脈沖渦流缺陷識別研究\t163
6．5．3 基于小波變換與頻譜分析的缺陷識別研究\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別研究\t175
6．5．5 基于功率譜密度和經驗模態(tài)分解的脈沖渦流缺陷識別研究\t182
參考文獻\t191
第7章 激光光譜檢測系統(tǒng)\t195
7．1 測量總體機構\t196
7．2 激光驅動技術\t197
7．2．1 基于Wavelength模塊的激光驅動器\t197
7．2．2 自主研制的激光驅動器\t206
7．3 多光程技術\t212
7．3．1 Herriott型長光程池設計理論\t213
7．3．2 新型Herriott長光程模擬\t214
7．3．3 螺旋式Herroitt多光程池\t217
7．4 信號處理技術\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 儀器實現(xiàn)與應用\t224
7．5．1 基于TDLAS的小型化C2H2測量系統(tǒng)研究\t224
7．5．2 基于激光雙吸收譜線的氨氣溫度測量研究\t227
參考文獻\t231
第8章 光電檢測系統(tǒng)在火災探測中的應用\t235
8．1 概述\t236
8．2 圖像處理技術在火災探測中的應用\t236
8．2．1 多特征量對數(shù)回歸的火災識別算法\t237
8．2．2 實驗結果與分析\t239
8．3 多特征量數(shù)據(jù)融合的嵌入式火災早期預警系統(tǒng)\t242
8．3．1 早期火災發(fā)生特點及特征量的選擇\t243
8．3．2 火災早期預警系統(tǒng)\t243
8．3．3 火災模擬實驗\t245
8．3．4 實驗結果與討論\t247
8．4 自由基發(fā)射光譜在火災探測中的應用\t247
8．4．1 實驗系統(tǒng)\t248
8．4．2 基于圖像處理的火災識別算法\t249
8．4．3 自由基光譜測溫原理\t250
8．4．4 CH自由基光譜測溫\t252
8．4．5 丁烷在大氣中燃燒的火焰光譜標定\t253
8．4．6 實驗結果與討論\t253
8．5 激光吸收光譜技術在火災探測中的應用\t254
8．5．1 吸收光譜的譜線選擇\t254
8．5．2 實驗裝置\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\t259
8．5．5 火災早期探測應用實驗\t261
8．5．6 小結\t263
參考文獻\t263