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1、SHANDONG 毕业论文基于PSD浓度检测系统设计与分析学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2021 年 6 月摘 要在化工制药、轻工食品饮料环保等各部门以及科研国防各个领域，都要求对液体浓度等参数进行检测与控制。目前，工业生产中检测液体浓度的方法比重法、化学分析法、超声波法及光学法等。但这些方法都需要费时和繁琐的人工取采样，滞后性大，无法实现液体浓度的实时在线检测，鉴于以上存在的问题，本文设计了一种基于位置敏感器件PSD的新型浓度检测系统。本系统是利用当入射光线固定，液体的浓度发生变化将导致其折射率也跟着变化这一理论根底，利用位置敏感探测器测量出光线偏移量的大小，进而得出
2、液体的折射率并计算出液体的浓度。所以，基于PSD的浓度检测系统主要由半导体激光器、双隔离窗光学系统、PSD信号处理电路、基于MSP430单片机的A/D采集运算控制电路和显示电路等组成。由激光器发出激光，经过光学系统照射在一维PSD上，PSD信号经处理电路，再由单片机A/D转换模块将模拟量转换为数字量，同时单片机处理数据后，由显示电路显示出待测液体的浓度。基于PSD的浓度检测系统检测方法的准确性在理论分析和实验仿真中得到了验证，实验说明，该系统具有结构简单、灵敏度高、稳定性好、响应时间快以及自动化程度高等优点，能够方便、准确地实现液体浓度的实时在线检测。关键词：浓度检测 , 位置敏感器件PSD，
3、半导体激光器，MSP430单片机 ABSTRACT In the chemical and pharmaceutical, light industry and food and beverage and environmental protection departments and the various fields of scientific research and national defense are to detect and control the parameters of the liquid concentration. At present, the proport
4、ion of liquid concentration detected in the industrial production method, chemical analysis, ultrasonic and optical method. However, these methods are time-consuming and tedious manual to take sampling lag, can not achieve real-time online detection of the liquid concentration, in view of the above
5、problems, this paper designs a new type of concentration detection system based on position sensitive detector (PSD). In the chemical and pharmaceutical, light industry and food and beverage and environmental protection departments and the various fields of scientific research and national defense a
6、re to detect and control the parameters of the liquid concentration. At present, the proportion of liquid concentration detected in the industrial production method, chemical analysis, ultrasonic and optical method. However, these methods are time-consuming and tedious manual to take sampling lag, c
7、an not achieve real-time online detection of the liquid concentration, in view of the above problems, this paper designs a new type of concentration detection system based on position sensitive detector (PSD).This system is used when the incident light is fixed, the density of the liquid changes its
8、 refractive index also followed changes in the theoretical basis of the position sensitive detector to measure the size of the light offset, and then draw the liquids refractive index and calculate out the concentration of the liquid. Therefore, the concentration detection system based on the PSD by
9、 the semiconductor laser, the optical system of double isolation window, the PSD signal processing circuit, based on the MSP430 microcontroller A / D acquisition operation control circuit and display circuit and other components. Issued by the laser laser, optical system irradiation in one-dimension
10、al PSD, the PSD signal by the processing circuit, and then by the microcontroller A / D converter module will convert analog to digital, single-chip processing the data displayed by the display circuit under test the concentration of the liquid.Concentration detection accuracy of the detection metho
11、d based on the PSD has been verified, the theoretical analysis and simulation experiments show that the system has a simple structure, high sensitivity, good stability, fast response time and high degree of automation, to facilitate the accurate real-time online detection of the liquid concentration
12、.Keywords: concentration detector, position sensitive detector (PSD), semiconductor lasers, the MSP430 microcontroller目 录摘 要.IABSTRACT.II目 录.IV第一章 引 言.11.1 课题研究的目的和意义11.2 液体浓度测量的国内外研究现状11.3 本论文的主要研究内容2第二章 系统总体方案设计.4系统总体方案设计42.2 系统性能指标5第三章 光学系统设计.63.1 光源的选择63.2 光学系统设计7第四章 基于MSP430单片机的PSD信号处理电路设计104.1
13、 PSD工作原理及选型104.1.1 PSD工作原理104.1.2 PSD性能分析124.1.3 PSD的选型124.2 PSD信号处理电路144.2.1 PSD信号处理电路根本原理144.2.2 实用的PSD信号处理电路设计144.3 MSP430单片机系统244.3.1 MSP430单片机概述24 单片机电路设计274.3.3 LED显示电路设计30第五章 系统软件设计335.1 系统软件总体设计流程335.2 ADC采集转换程序345.3 数据处理程序设计36 LED显示程序设计37第六章 浓度检测总体系统与误差分析396.1 浓度检测总体系统396.2 误差分析406.2.1 位置敏感
14、器件对系统的影响406.2.2 温度对系统测量的影响416.2.3 偶然因素对系统的影响42总 结43参考文献44致 谢46附 录47第一章 引 言1.1 课题研究的目的和意义浓度检测室是工业生产中至关重要的的一项工作，它直接关系着产品的质量，生产厂商一方面在化验室中对产品的浓度进行检验，另一方面还要求在生产线上对产品的浓度进行时时监控。相比化验室步骤繁琐的抽样检验，在线实时检测更具有时效性，而且更易控制产品质量。在在线时时检测系统中，操作人员在生产过程中可以随时掌握产品浓度的变化情况，及时采取措施，实现实时控制，从而使产品的浓度控制在要求的范围内，这对于保证产品的质量有很重要的意义。目前液体
15、浓度的检测方法虽然很多，但大局部采用接触式检测方法，此类方法对某些有害液体有一定危险性。本文所设计的基于PSD的浓度检测系统利用位置敏感器件PSD作为光敏元件，使用比拟简单的光学系统和更为集成的电子电路便可以非常稳定地检测液体的浓度，大大节省本钱，并且由于PSD只对光斑能量中心敏感，因而对光源的变化影响可忽略不计，降低了对准直聚焦光学系统的要求，更具有现实意义。 液体浓度测量的国内外研究现状目前，工业生产中检测液体浓度的方法有很多，如比重法、化学分析法、超声波法及光学法等。这些检测方法的原理和设备结构有着非常大的差异，其适用的部门和场合也各不相同，而且各有其优点与缺乏。比重法，使用起来比拟方便，但在工业生产中，经常要在大型的槽或池中检测不同深度处的溶液浓度，而且由于比重计采用的是浮力原理，因此它只能检测到外表上层溶液的浓度，不能满足检测需求。另外在多组分溶液的装置中，用比重法也无法进行测量。化学
