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非接触式光学成像中自由空间光传输问题的研究
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3秒自动关闭窗口中国电子科技集团公司第二十三所承担的“系留浮空平台用光电传输系统”是为上海世博会配套项目。该项目应用于2010年5月-10月的上海世博会信息化展示项目“车载系留气球监测系统”。上海世博园区的车载系留气球监测系统，搭载了图像监控和环境检测设备，实现世博园区视频监控、气体及气象的实时监测并引导人流，就像一个长着千里眼的空中卫士，日夜监视着场馆，为园区和场馆的安全保障起到相当重要的作用。世博会车载系留气球监测系统，由系留气球、任务载荷系统、系留缆绳组件、锚泊车和光电传输系统等部分组成。23所承担的“系留浮空平台用光电传输系统”分系统包括系缆、连接于气球与地面设备之间各环节的旋转光电连接器、以及双向传输多路高清图象信号和遥测遥控数字信号的数据光端机。系统的功能是将气球可靠的拴系在地面的锚泊设备上，同时作为向球载设备供电的介质，以及球载设备与地面之间数据和控制信号双向传输的通路；旋转光电连接器则是气球与系缆、系缆与锚泊设施、锚泊设施与地面设备之间的光电传递转接环节。系留缆绳组件和系留气球是浮空平台的关键元器件，特别是系留缆绳组件的功能，一是要承受数十吨的大拉力，拴住气球，经受住风吹雨打，浮在空中；二是要传输空中高清摄象设备的信号；三是要向空中设备馈送电能。而这一切必须在气球的浮空运动中完成，并确保万无一失。23所的工程技术人员勇于迎接挑战，努力攻关。围绕该任务，所里成立了行政和技术指挥系统，组成了以缆绳组件首席专家牵头的研发队伍，从组织、人员、资源等各方面保证项目的实施。23所在材料、结构、试验方法等方面大胆创新、刻苦攻关，对系留缆绳组件的抗拉强度、疲劳寿命和抗雷击能力开展了大量研究和试验，取得了丰硕的科研成果。经过近二年的技术攻关和大量试验，该项目突破了系留光电复合缆的扭距平衡增强、防雷和耐疲劳性，光电复合旋转连接器的低插损和转动寿命，高清信号光电转换器的多路高清信号复合传输、去抖动和主备信号切换等关键技术，系统的综合性能达到国内领先水平。在项目的研制攻关过程中，该项目得到了市科委军民两用技术项目的大力支持和资助。项目组的工作得到了上级的认可，被评为上海市工人先锋号。该系统作为上海世博会信息化展示项目“车载系留气球监测系统”的关键分系统，在世博会期间连续安全运行七个月，系统稳定可靠，为世博园区安保工作提供了重要保障。该系统首次在国内民用领域应用，为中国军民两用系留浮空平台技术的成果转化奠定了基础。
该项目以脉冲氙灯、光纤传感器、信号变换器、数据采集器、单片机、计算机及外围设备为硬件基础，以荧光谱分析为理论基础，以MATLAB、LABVIEW软件平台为计算方法，通过采取光电检测和光纤传输相结合的方法，对基于荧光谱机理的污染气体识别与监测全光纤系统进行了理论与实践研究，研制出识别与监测甲烷气体浓度样机并通过了中试试验。为实现有机污染物的多组分全光纤测量，采用光源与光纤、光探测器与光纤高效率的光耦合技术，使该仪器与微型二维光纤光谱仪以及计算机有机结合，形成三维全光纤荧光光谱分析系统，实现各类农产品中农药残留物的在线多组分检测。该成果可应用在石油、化工、煤炭等领域的有害气体检测中。研究水平居国际先进。
能量转换与传递过程的微观机理是能源、信息技术、材料科学和微加工等领域中的重要基础科学。能量转换与传递过程在微观层面都体现为载能粒子间的相互作用，其时间一般都处在皮秒-飞秒量级。飞秒瞬态热反射(FTTR)技术，可以分辨并观测这些载能粒子间的相互作用过程，进而成为微观能量转换与传递过程观测及规律研究的实验手段，这也是观测载能粒子微观相互作用过程的唯一手段。　　
本工作建立了基于FTTR技术的飞秒激光抽运-探测(又称泵浦-探测)热反射实验系统。此系统主要包括：飞秒激光器系统、光学系统、信号采集系统和控制系统。飞秒激光器系统是整个实验系统的光源，由飞秒光纤激光器、倍频器和温度控制器组成。光学系统是整个实验系统的核心部分，由分束模块、抽运光光路、探测光光路、延迟系统、调制系统和投射光路组成。光学系统的主要功能包括：产生抽运光和探测光；实现对抽运光的调制以及探测光的延迟控制；保证抽运光与探测光共同聚焦于样品表面同一点。信号采集系统由光电探测器和锁相放大器组成，其功能是对测量信号进行提取和放大。控制系统由安装在工控机上的控制软件及工控机与各系统之间的数据传输线构成，其功能是实现光学系统和信号采集系统的自动运行。在系统建立过程中，解决了采用自相关方法标定系统零点的关键技术；设计了系统控制软件，实现了整个实验系统的自动运行；针对光学系统中的关键环节，设计了多种实施方案，其中采用共线投射方案的光学系统(共线系统)具有自主知识产权。　　
超短激光脉冲加热，可能会在金属中产生非常复杂的温度分布。如果加热时间和电-声子相互作用时间在量级上相当，电子温度会高于周围晶格温度，出现非平衡热输运过程。目前，用于描述金属中微尺度非平衡热输运过程的模型主要有抛物两步(PTS)模型和双相滞(DPL)模型。本文通过对比PTS模型和DPL模型发现：两个模型在描述金属中非平衡热输运过程时并不一致；有热源项的DPL模型描述的温度与PTS模型描述的晶格温度和电子温度都不相符；DPL模型在描述超短激光脉冲加热金属出现的非平衡热输运过程时，存在一定的局限性。　　
在极低温度条件下，电子还可能以波动的形式在金属中传递热量，这种热量传递方式一般用热波(CV-WAVE)模型或DPL模型描述。针对波动导热方式，本文提出了一种间接数值模拟方法。针对脉冲激光加热问题，利用这种方法对DPL模型进行了数值模拟。通过一维直角坐标系和二维圆柱坐标系中的数值模拟结果展示了热波、类热波、扩散和过扩散导热方式在两种坐标系中的表现形式。　　
利用飞秒激光抽运-探测热反射实验系统，在低能量激光脉冲激发条件下，对金膜中的热输运过程进行了实验研究。在此实验研究中，激光脉宽为140FS，最高电子温升不超过10K。实验结果与PTS模型、POS模型以及DPL模型的预测结果进行了对比。对比发现只有PTS模型能够对实验结果进行预测。同时也发现，在低能量激光脉冲激发条件下得到的电-声子耦合因子G值为4.5×1016 W/(M3K)，与BRORSON等以及QIU等在高能量激光脉冲激发条件下实验结果拟合出来的G值，2.8×1016 W/(M3K)，有所区别。
城市自来水管网水质状况已经越来越引起供水企业及民众的重视。传统的管网水质检测以人工为主，存在着检测周期长等弊端，而管网水质在线监测技术可以对供水水质的一些常规项目进行24小时监控，对城镇供水的水质监督有着积极的作用。本文调查了国内外水质在线监测系统技术的应用情况，并以北京市新建的在线监测系统为例，进行了以下研究：
首先，对管网水质在线监测系统进行了总体的设计。确定了浊度、余氯、ph、水温、电导率等在线监测指标，并据此进行了仪器的选型：并在水质监测站现场建立了以rs485现场总线为基础的现场网络，对水质数据进行采集处理并发送至水质中心站服务器。
其次，根据各水质监测基站的实际情况，选定了不同的数据传输方式：gprs无线传输、光缆传输以及无线传输+光缆传输的三种方式。并以gprs无线传输技术为例，着重介绍了gprs无线传输数据技术的数据接入、技术特点等。
最后，介绍了水质在线监测系统管理软件的设计与实现，先以系统软件的需求分析入手，分析了系统软件的各种功能及管理需求，其次对软件进行了构架和设计，最后给出了系统软件的实现以及界面实现。
本项目使用了目前相对成熟的gprs无线传输和web service的技术，达到了供水管网水质数据在线监测传输的目的，可以使监测中心更及时地得到数据并据此对水厂的运行管理进行调控。
随着我国工业化的快速发展，环境日益恶化已是不争的事实，环境问题已经严重制约了我国可持续经济的发展，全面实施环境监控已经成为了环境管理的迫切需要。环境数据传输过程是环境监测系统的重要组成部分，是贯彻环境保护法规，执行环境标准，计算工业污染物排放量，评价环境质量的重要手段。目前我国的环境自动监测传输系统才刚刚起步，尚没有统一的标准和完善的法规，环境数据传输的可靠性和真实性暂时难以得到保证，这必将对环境保护工作的发展产生极大的影响。　　
因此，论文首先简要阐明了环境数据传输过程中涉及的技术，讨论了数据在传输过程中的特点和常见的联网方式。然后总结和借鉴国内外环境数据传输的方式及软件架构思想，通过对环境数据传输过程中现存问题的分析与研究，探讨了在数据传输过程中，为解决环境数据采集及传输过程的通信问题，上位机软件设计应该具有层次化，模块化的结构。最后，设计和实现了一个可靠有效的环保数据传输系统，将传输协议形成一组从上到下的协议栈。　　
在提供基本网络数据传输的基础上，针对环保监测软件与测量终端传输数据的可靠性和传输协议的多样性要求，对传输的环保数据进行循环冗余码校验和分组重传，并根据命令定义文件生成传输的命令和解析传输的数据，以确保环境数据能与测量终端能够高效可靠的进行数据交互。　　
论文的最后部分对关键模块进行单元测试，并应用于烟气连续排放监测系统(CEMS)软件中。数据传输测试中使用聚光科技的OMA光学分析仪器作为环境数据测采集仪器；传输网络根据实际的联网情况，采用了串口、有线网络和无线GPRS这三种传输方式；在传输协议部分，选择了环保行业内最普遍使用的国家标准协议和MODBUS工业数据传输协议。测试结果表明该框架达到了设计的目标，为上层提供了非常完善的传输服务，这样上层应用程序就不必再做许多工作，提高了代码的公用性和扩展性，大大简化了上层传输协议软件的设计和实现，为环保数据监控软件提供了具有实用价值的环保数据传输模块，在实际应用中，对我国在线环境监测系统的推广建设提供了一定的设计思路。
热光伏技术(tpv)是将高温热辐射体的能量通过半导体p-n结直接转换成电能的技术，有较高的能量输出密度及理论效率，具有很好的发展前景。本文针对某热光伏发电装置进行较为详细的研究，主要通过对系统单个部件的优化设计使得热光伏系统总电能输出及发电效率得到提高。首先，本文设计了4组辐射燃烧系统并对其分别进行了实验研究，通过比较燃料燃烧的充分性及辐射面温度、辐射功率、热辐射效率等参数的大小，评价了几组燃烧系统的性能，确定了最优的辐射燃烧系统。其次，在原回热系统1的基础上提出了改进方法并借助fluent分析了肋片结构对回热器回热性能和阻力特性的影响，结合机械加工可行性及经济性设计了回热系统2；对两套回热系统进行实验研究并利用fluent对回热系统2进行了仿真模拟，分析了实验结果与模拟结果的误差，通过比较两套回热系统的空气入口温度、烟气出口温度、热阻、传热量及回热有效度等参数的大小，评价了两套回热系统的性能。再次，针对原直流道式水冷系统的不足之处并结合fluent校核计算，重新设计了盘旋流道式水冷系统；对两套水冷系统进行实验研究，比较了两套水冷系统的散热性能及对热光伏电池电能输出特性的影响；在不同水流量下，对盘旋流道式水冷系统传热和阻力特性分别进行了测试和fluent数值仿真，两者符合较好，在此计算方法基础上，讨论了导流片及肋片结构对散热器传热阻力性能的影响。针对原直肋风冷系统的不足之处，提出了改进方法，利用fluent分析了肋片结构对散热器传热和阻力特性影响，结合机械加工可行性及经济性设计了弯曲分叉肋风冷系统；对两套风冷系统进行了实验研究，给出了不同辐射器温度下散热器热流面温度及电池输出特性随风扇功率的变化曲线；比较了两套风冷系统在相同工况下，对应热流面温度，电池输出短路电流和开路电压的大小，讨论了改进后的弯曲分叉肋风冷系统的性能及其对热光伏电能输出的影响。最后，测试了不同燃烧工况下，基于黑体辐射器和选择性辐射器的热光伏系电能输出特性，总结出了系统最大输出功率和系统总发电效率的变化规律。关键词：热光伏，fluent，辐射燃烧系统，回热系统，冷却系统
随着汽车制造、航空，以及电力等工业的发展，如何监测燃气轮机等旋转机械的运行参数成为各行业的热点研究问题。本文研究的是燃气轮机涡轮叶片温度和轴向位移同步检测系统，与以往不同的是通过非接触测量用一个探头同时测量这两个物理量。考虑到燃气轮机内部恶劣的测量条件，充分发挥光纤传感器耐高温，抗电磁干扰，体积小，传输损耗小等一系列优势，设计了智能化光纤温度和位移传感器系统。该温度和位移检测系统主要由光传输系统和信号处理系统组成。
首先，温度测量部分比较了几种辐射式光纤温度传感器的优、缺点，由于比色法能极大地接近真实温度，具有良好的精确度和实用性，而且可以避免以往辐射式光纤传感器中物体发射率的确定，所以选择了以比色测温为原理的辐射式光纤温度传感器，并详细阐述了比色法中波长参数的确定方法。
其次，针对动态表面的测量，设计了一种简单可靠的反射式强度调制型光纤位移传感器，它与光纤温度传感器共用一个光学传感器探头，节省了涡轮叶片测量所占用的空间。并构造了该传感器探头的数学模型，分析了位移传感器的反射光强度调制特性。采用了双光路检测技术，来消除光传输过程中的误差，提高精度。
本课题温度和位移测量通道的光信号通过光电转换、放大，由单片机aduc848进行a/d转换，除法运算等处理，并与计算机实现了通讯，最后建立实验模型进行了验证。
由于光谱技术具有探测灵敏度高的特点以及其他很多的优点，近年来光谱检测技术应用越来越广泛。
吸收光谱检测技术的依据是朗伯-比尔(lambert—beer)定律，但是该定律是在理想的情况下所得，如被测物质浓度适中且为纯吸收物质、入射光源为单色光等。在实际应用中，会有较多的情况不符合定律的限制条件。本文研究了朗伯-比尔定律的适用范围以及被测物质的浓度太高、光源的非单色性、温度的变化、被测物质中的散射现象不可忽略和吸收重叠等问题对吸收光谱的影响。
首先，针对散射影响问题作了详细的研究，结合光传输模型以及光散射理论得出了当散射现象不可忽略时的扩展的朗伯-比尔定律。
其次，温度的变化对吸收光谱检测也有较大影响。本文主要针对两种不同的实验对象去研究，一是温度对气体的吸收截面的影响，选用实验对象为空气中常见的污染气体so2和no2，在实验的基础上得到了吸收截面与温度之间的关系式；二是温度对液体的吸光度的影响，选用的实验对象为葡萄糖水溶液，得出了在近红外波段的吸光度的标定曲线。
第三，在光谱检测过程中，当在很窄的波长范围内多种成分吸收谱重叠且吸收峰位置接近时，提出用可调谐激光光谱技术与建立模型相结合的方法来进行检测，并对此方法作了系统研究和数学推导。
根据上述的研究结果，在对吸收光谱检测的原理以及影响因素作了详细研究的基础上，针对目前的实际要求，设计出了两套应用系统：差分吸收光谱(doas)大气环境质量监测系统和烟气污染物排放在线连续监测应用系统(cems)。在本部分中还针对实际应用中光学系统的防污染问题作了深入的探讨，并解决了相应的工程问题。
本论文主要创新工作有：
1、运用光传输模型和光散射理论得到了扩展的朗伯-比尔定律。
2、针对温度对吸收光谱的影响得出了吸收截面与温度的关系式和标定曲线。
3、当被测样品中的多种物质的吸收重叠严重时，提出用多个可调谐激光二极管的光谱检测技术与数据建模方法相结合的检测技术。
4、设计了两套应用测量系统，并解决了光路防尘等相应的工程问题。
该文介绍了0.1μM激光尘埃粒子计数器的结构及其工作原理,详细讨论了单分散激光 尘埃粒子计数器光敏区粒径脉冲信号特点.提出了尘埃粒子计数器光电传感器粒径信号幅度响应函数的概念,多通道粒子计数器粒径信号幅度响应矩阵的概念以及计数器信号幅度粒径变换矩阵的概念.比较详细地讨论了它们的一般表达形式,基本特性,以及相应的物理意义.初步建立了尘埃粒子计数器信号传输与数据处理系统的数学模型.进一步揭示出尘埃粒子计数器信号传输与数据处理过程的本质.该文提出的尘埃粒子计数器信号处理的新方法用于Y09-9型激光尘埃粒子计数器,使单径粒子测量精度从原来的70﹪左右提高到95﹪以上.解 决了目前国产激光尘埃计数器长期面临的粒径测量精度难以提高的问题.
大气气溶胶粒子的光学特性是影响光传播和辐射传输的重要因素。实际大气中的气溶胶粒子，大多是由多种组分组成的非均匀粒子体系，其主要组分及所处的混合状态随时空的变化相当复杂，很难确定其光学特性。本文主要就非均匀气溶胶粒子的光散射特性相对于均匀球形粒子进行了等效性研究，探讨了等效折射率的适用性和可靠性，主要研究内容和成果包括：　　
1、分别针对单分散和多分散气溶胶粒子系统，分析了在内混合状态下，强吸收型非均匀气溶胶粒子系统光散射特性的等效性，并与外混合状态下的强吸收型气溶胶粒子系统光散射的等效性进行了对比。　　
2、在内混合状态下，讨论了弱吸收型非均匀气溶胶粒子系统光散射的等效性，对典型类型的强吸收和弱吸收型非均匀气溶胶粒子系统的光散射特性进行了对比分析。获得了非均匀气溶胶粒子系统对光波大气传播影响的定量结果。　　
3、在合肥地区和东南沿海地区进行了大气气溶胶粒子光学特性的测量研究，得到了典型的陆地型和海洋型气溶胶粒子的谱分布、浓度及散射、吸收特性的统计特征。　　
4、利用实测的大气气溶胶的谱分布、散射和吸收系数，通过数值模拟计算，提出了一种确定实际大气气溶胶等效复折射率的方法，获得了东南沿海和合肥内地不同季节大气气溶胶的等效复折射率。　　
上述结果是研究大气气溶胶对光传播及大气辐射传输等方面影响的理论基础，同时也为众多激光工程应用的可行性分析提供了科学依据。
环境监测是把握环境质量状况、预测污染发展趋势的重要手段，是各级政府管理部门和民众获取环境信息的主要依据。傅里叶变换红外光谱（FTIR，FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY）遥感技术具有远距离、快速、无需取样等优点，被广泛应用于有害气体预警、环境监测等领域。　　
本论文围绕FTIR遥测系统，主要进行了几个方面的研究工作：　　
(1) FTIR遥测系统核心部件-鉴别器。本论文深入分析鉴别器的工作特性，提出以高速、浮点、双核数字信号处理器（OMAP，OPEN MULTIMEDIA APPLICATION PLANT）为中央处理器，辅助以高速外围设备，完成了鉴别器平台的搭建。开发的鉴别器具有运算的高速性、复杂算法的可承载性、通信能力的高效性、运行的可靠性等特点。　　
(2) 基于以太网技术的数据传输技术的研究。为了实现网络化分布式环境监测，提出了基于精简嵌入式TCP/IP协议的光谱数据传输的基本模型，并实现了主控机的远程网络控制。　　
(3) 光谱数据预处理算法的研究。高效的光谱图数据预处理、精确的识别算法是提高鉴别器性能的关键技术。本文将小波包变换引入光谱图数据的预处理过程，实现了对光谱中的噪声和基线的去除，通过对比光谱图数据的信噪比、均方误差根和波形相似度参数，选取合适的小波基和阈值函数提高算法的精度。
二氧化硫是大气的主要污染物之一，对其浓度的检测具有十分重要的意义。在我国，二氧化硫检测仪器是大气环境质量监测仪器系统一个主要部分并得到了长足发展。紫外荧光原理检测大气中二氧化硫浓度，在检测二氧化硫的技术中是世界卫生组织的标准化方法。本文采用紫外荧光原理设计了一套二氧化硫浓度检测系统，阐述了多波长激发紫外荧光的原理，并对基于GRRS嵌入式远程监测系统研究进行研究。
利用嵌入式INTERNET技术可以实现将各行各业广泛存在的电子设备接入INTERNET，这使得对设备的远程检测、远程控制、远程维护和远程数据采集变得简单。本文通过对“基于GRRS嵌入式远程SO浓度监测系统研究”完成了以下工作：利用二氧化硫的多波长受激发的光学现象，设计多波长激发紫外荧光法的二氧化硫浓度测量系统，通过光子计数器对紫外荧光信号进行采集。利用远程检测的方式与嵌入式INTERNET技术，实现了将GPRS网络将设备以无线方式接入INTERNET。研究GPRS网络的组成原理和PPP，IP，TCP，UDP等协议的工作原理和编程所涉及的主要技术，对通信部分的编程、调式和系统的服务器端监控软件的设计、编程、调试。利用GPRS网络远程数据传输，具有永久在线、实时传输和运营费用低的特点设计了基于ARM核的三星微处理器作开发板SAMSUNG 44BOX，GPRS通讯模块的数据采集与传输系统。通讯模块采用SIEMENS的MC35，软件功能在嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ下编程实现。
该文利用华云技术开发公司研制的eos/modis卫得资料接收处理系统和美国的envi软件,处理了modis的通道资料并得到了6s模式中需要的太阳和卫星的几何参数,从而使modis的数字资料可以用于辐射传输议程的计算;借助6s模式对modis的蓝光、红光和中红外通道进行了行星反照率对地表反射率和气溶胶光学厚度的敏感性试验,并对蓝光和红光通道的路径辐射对行星反照率的贡献做了数值试验;计算了这三个通道在兰州市及其周围地区的地表反射率,检验了三个通道地表反射率之间的关系;并在此基础上利用蓝光和中红外通道的反射率关系通过6s模式进一步反演了兰州城市及其附近地区1万平方公里范围内的气溶胶光学厚度.
该文在具有自主知识产权的快速cod测量方法的基础上,提出了"基子网络的快速cod自动在线监测系统".该系统采用模块化设计,由水质监测点的监测仪,网络传输和上位机管理系统组成.该文从以下几个方面对系统进行了描述:●开发快速cod监测仪的必要性和系统的总体特点;●cod测量方法和国内外cod仪的发展状态;●系统的软硬件实现;●系统难点分析;●系统的调试结果与展望.
随着现代电子信息技术的迅猛发展，特别是计算机技术的高速发展，不仅实现了数据的实时采集和处理，而且使现代化的气体浓度监测仪器进入了向小型化、轻便化和便携化发展的阶段。
根据光电式甲醛检测原理和探测光束的特点，设计了光电式甲醛浓度测量传感器信号调理电路，该调理电路主要由光电探测器前置放大电路、窄带有源滤波器和精密交流信号一直流信号转换电路三部分组成。基于op07运算放大器设计的交流信号一直流信号转换电路等效净输入信号小于0.3μv，降低了甲醛测试系统检测限，提高了测试精度。以此信号调理电路构成的系统，实验标定的甲醛浓度的检出限低于0.01μg/5ml。
本文主要分为五个部分，第一步部分描述光电信号的特点以及信号采集的特点；第二部分讨论了测量原理和测量装置的组成；第三部分详细的介绍了光电式甲醛传感器信号调理电路的结构以及电路各部分的工作方式；第四部分介绍信号调理电路的测试与分析；第五部分对全文进行了了总结、提出了不足之处，并展望了该系统在实际使用中的良好发展前景。
空气质量是关系到地球生态、人类健康的大事。对空气质量的监测从科技的角度看是一个难度很大的检测技术，对空气质量自动监测仪器的研制具有学术和经济上的现实意义。目前通过调查发现大中城市所使用的大气质量监测系统基本上是从国外进口，不但价格昂贵，维护费用也高。由此，在广州市环保局的大力支持下，以华南师范大学物理与电信工程学院杨冠玲教授、何振江教授为首的课题组开展了“大气自动检测仪国产化样机的研制”项目的研究，“大气污染源二氧化硫浓度分析仪样机研制”是该项目的一部分。旨在冲破国外技术垄断，发展我国环保仪器产业。
文章在比较各种二氧化硫检测方法基础上，介绍了紫外荧光发光原理的理论，并详细介绍了基于该方法的大气二氧化硫分析仪样机的结构、功能实现和本文的重点——无线测控系统技术研究等内容。
随着网络技术的发展，有关仪器的网络功能和仪器的无线测控技术研究正日益受到人们的关注，但经过调研发现，在环境监测仪器上实现无线测控功能尚属初次尝试，可望获得很好的应用前景。
我们仪器的无线测控系统是基于手机网络的短消息sms业务和通用无线分组业务(gprs)。对此，我们特别针对我们的大气污染源二氧化硫紫外荧光自动分析仪作了硬件方面和软件方面的设计。论文的主要研究工作及成果如下：
1、对目前国内外的各种无线测控系统的方案进行资料搜集，并对各种方案的优缺点作出对比和论证，针对我们的大气污染源二氧化硫自动分析仪的仪器只需要传送小时平均和日平均数据这样的固定时间间隔的小数据量传输特点，选择了基于手机网络的短消息sms业务和通用无线分组业务(gprs)的远程数据传输方案。
2、对无线测控系统各个模块的设计及对具体使用元器件的选择。这部分是整个无线测控系统研究的基础，论文完成了主要控制模块的设计、单片机芯片和串口数据转换芯片的选用和设计、无线传输模块芯片的选择、tcp/ip协议转换模块的设计以及各个模块间的电路连接等设计问题。
3、无线测控系统控制软件的设计。软件部分的设计工作是整个无线测控系统设计的核心部分。论文完成的工作有：嵌入式实时操作系统(rtos)的剪裁、移植和设计，tcp/ip协议栈的剪裁、移植和设计，at指令的嵌入编程工作，和最为重要的系统任务编程设计等部分。系统任务程序包括“数据采集”任务和“数据发送”任务两部分。本设计实现了片上系统(soc)的功能，并且可以通过目前最常用的51系列单片机实现，经过调试和仿真，可以实现数据的采集和传输的功能。
4、结合我们的仪器样机，进行了模块系统连接的数据传输实验研究，实现了利用手机gprs网络对我们的仪器测量数据的传送功能。
该文针对以往火焰图像传感器的不足之处,设计了采用传像光纤和ccd摄像机的火焰图像传感器,并对传感器冷却系统部分进行了理论计算,为保障火焰图像传感器正常安全运行提供了参考数据.图像压缩是数学图像处理领域中的关键技术,该文利用小波变换理论,结合lzw无损压缩编码等方法,对传感器采集的图像进行实时压缩,压缩后的图像利用modem通信技术,在普通电话线上实现图像远传,这样节约了图像的存储空间和传输时间,为火焰远程监控奠定了基础.
该文借助于美国国家仪器公司(national instruments)提供的软件开发平台以及与之紧密配合的硬件系统,形成一套"虚拟仪器平台",该系统可以完成缸内原始数据的采集与记录、数据的分析与显示、最后可以制作成各种总结报告,作为研究人员参考的数据资料.该文作者在分析了内燃机数值计算的基础上,依据虚拟仪器技术概念,采用高性能传感器、光电编码器和高速数据采集卡,配备相应的数据采集软件系统,搭建缸内数据高速采集试验系统.该系统的特点是:支持同步采集16个通道(或者8个通道,如果采用差分输入模式)的模拟输入信号,支持外部信号(光电编码器零位信号)触发采集,可由外部时钟(光电编码器转角信号)来控制数据采集的速率,最高的采样速率可达到200ksamples/s.
本文提出了一个利用地面多光谱、多角度和偏振天空测量,反演整层大气气溶胶光学参数和物理性质的方案.反演方案基于带偏振的辐射传输计算,充分利用了偏振测量的优点,能够获得气溶胶偏振光学参数,并有效提高对气溶胶特性的反演能力.反演的参数包括单次散射反照率、散射相函数、偏振相函数、粒子谱分布以及折射指数的实部和虚部,是目前利用信息最全面、获得参数最多的反演方案之一.反演算法是在前人理论研究的基础上发展、扩充和改进而来的.本文在这方面的工作包括:将光谱信息添加到反演算法中,综合利用最多的地面测量信息来进行反演;在反演单次散射反照率时,使用可改变的相函数初始猜测,大大提高了对特殊类型气溶胶的反演效果;反演谱分布时,联合使用大范围内的角度散射信息和光谱消光信息,来提高谱分布的反演;在指出偏振相函数对气溶胶复折射指数(特别是其虚部)敏感的基础上,实现了粒子谱分布与复折射指数的同时反演.与此同时,利用双峰谱分布模型和典型测量不确定性对反演方案进行了重要的数值模拟试验和误差估计,分析了反演方案对不同类型气溶胶的反演精度以及适用情况.然后,基于全球太阳辐射计观测网的测量数据实现了反演方案.此外,使用本方案第一次系统反演了实际大气中的气溶胶偏振相函数,并对其进行了分析,指出与普通相函数相比,气溶胶偏振相函数对气溶胶吸收性质更为敏感,应当将其作为一个重要的气溶胶光学参数进行深入研究.最后通过对一些典型类型气溶胶的反演,以及与其它方案反演结果的对比验证和分析,进一步证明了偏振测量的独特价值;还对北京地区全年的气溶胶光学特性进行了分析研究,指出了人类活动对北京地区气溶胶光学特性的影响.
大型燃煤燃气锅炉的安全运行在很大程度上依赖于锅炉炉膛火焰燃烧的稳定性和可靠性检测，论文首先综述了锅炉炉膛安全保护系统(furnace safeguard supervisorysystem，以下简称fsss)中火焰检测系统的国内外研究现状，分析了火焰检测系统的国内市场前景，提出了本课题的研究目标和需要解决的主要问题。
在此基础上，系统性的讨论了fsss的工作原理、组成、功能和工作方式，以及炉膛爆炸的基本原因与基本理论，介绍了防止锅炉炉膛爆燃的行业规范。针对fsss的功能需求，论述了炉膛火焰的特征，分析了煤燃烧时的发光波长，简要介绍了各种火焰检测技术。
论文着重介绍了实现fsss火焰检测功能的火焰检测器电路设计思路，描述了红外光电转换检测单元、信号放大单元、单片机处理单元等主要硬件电路的主要工作原理，阐述了光电信号从小信号检测到标准电压信号变换的电路设计思路，阐述了单片机微处理系统中输入a/d转换、输入人机接口、4-20ma输出单元等电路的设计思路。
最后，简述了火焰检测器现场安装，包括简述了火焰检测器产品特点和主要性能、火焰检测器样机在实验室测试的情况和在北京国华电厂30万机组运行的数据和电厂安装的情况。同时简述了为减少现场锅炉高温环境对fsss光电传感器寿命影响，冷却风装置的功能和作用。
共26条数据
主办单位：保定市科学技术信息研究所、电话、地址：保定市东二环路1539号。
互联网出版许可证 新出网证(渝)字10号
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