探头式折射率测量仪的研制--《陕西师范大学》2014年硕士论文
探头式折射率测量仪的研制
【摘要】：液体折射率是液体性能的一个重要参数,与液体的密度、比重、浓度、成分、电磁性质以及外界温度等因素有关系,因此可以通过测量液体折射率的变化来间接测量这些物理参数的变化。折射率的测量方法分为几何测量法和波动测量法,其中几何测量法是利用光通过液体表面所产生的折射或反射现象,以折射定律或反射定律为依据进行折射率的测量,这种测量方法相比之下较为简单,现有的折射率测量仪也多是以此为基础的。波动法测量液体折射率则是利用光的波动性质,与所测液体发生干涉或者衍射进而测量液体的折射率,这种方法实验装置一般较为复杂且操作也相对繁琐,因此在实际应用中其使用推广面较窄。
在实验室和工业生产中所使用的传统折射率测量仪都有些局限,基于波动法的测量仪器对测量液体的数量要求较多,不适用于稀有金贵液体折射率的测量,此外,此方法易受外界因素的影响,在工业生产中不易实现在线检测；基于几何光学方法最常见的折射率测量仪是阿贝折射仪,其操作过程较为繁琐,需要取样检测,不适合封闭系统内液体折射率的测量,且实时性较差。为了解决上述问题,我们设计了一种新的探头式液体折射率测量传感装置,并对几种液体进行了实验测量,其测量结果较为理想。在调试组装期间,我们对整个装置的重要部件进行了比较选取且实验室制做了部分部件。在光源的选择中分别对传统的多种光源进行比较,最后选择绿光导体激光器作为装置光源；分别对凸透镜、凹面镜以及自聚焦透镜等聚光设备的性能进行了比较,但效果不甚理想,最后自制了一种导光聚光棒并且申请了发明专利；在选取成像玻璃时分别对不同种类和磨砂程度的毛玻璃以及贴纸光学玻璃的散光效果进行了比较,最后使用了成像效果较佳的自制成像传感玻璃；图片采集部分分别对CCD、CMOS的性能进行了比对,并结合实际造价等因素,最终选择微软公司的H-D3000摄像头进行拍摄；图像处理方面主要包括边缘提取、定标和像素计算。其中定标的方法有实物定标和已知折射率液体定标两种,经比较发现已知折射率液体的定标方法更为精准,像素的计算是以边缘光强与像素点之间的关系进行计算的,尤其是对边缘进行三原色扫描,使其测量精度有大幅度的提升。此装置结构简单、操作方便、对操作环境的要求极低、无需封闭空间、抗干扰能力强、在户外测量和工业生产中随机的检测较为方便、能实时动态的显示液体折射率的变化情况,且可以随时反映液体折射率以及与之相关的物理量的变化情况,最后此装置实现了工业生产中在线检测的目的,克服了取样检测的繁琐的工作和不能持续实时的反映生产进程的缺点,因此在工业生产中有广泛的应用前途和实用价值。
本文的主要工作
1.综述了液体折射率测量的应用、已有的几种液体折射率测量方法、以及现有的多种液体折射率传感器,对其优缺点进行了分析。
2.基于遮光效应原理设计了一种探头式折射率测量仪,对其基本结构特征进行了描述,并在实验室制造了样机。
3.对此装置主要部分的优化与相关材料参数的选取进行了详细描述,包括成像传感玻璃的制作、导光聚光棒的制作,以及图像采集与图像处理系统的设计。
【关键词】：
【学位授予单位】：陕西师范大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TH74【目录】：
摘要3-5Abstract5-7目录7-9第一章 绪论9-16 1.1. 折射率的应用及其影响因素9-10 1.2 液体折射率的测量方法10-15 1.3 本文要解决的问题15-16第二章 液体折射率实时、在线检测的方法16-21 2.1 理论原理与实验装置16-20
2.1.1 实验原理16-17
2.1.2 实验装置设计17-20 2.2 实验结果的分析20 本章小结20-21第三章 光源的选择与光学玻璃的选择21-29 3.1 光源的选择21-25
3.1.1 光源的对比21-22
3.1.2 发光二极管22-23
3.1.3 激光器23-25 3.2 光学玻璃的选择25-28
3.2.1 现有的毛玻璃25-26
3.2.2 自制毛玻璃26-28 本章小结28-29第四章 激光聚光器的设计29-38 4.1 现有光学透镜的聚光效果29-31
4.1.1 凸透镜的聚光29-30
4.1.2 凹面镜的聚光30-31 4.2 自聚焦透镜31-34 4.3 一种自制的导光聚光棒34-36
4.3.1 技术背景34-35
4.3.2 内容与原理35-36 本章小结36-38第五章 图像的采集与处理38-49 5.1 图像采集38-39 5.2 图像的处理39-47
5.2.1 边缘提取40-42
5.2.2 定标与像素计算42-47 本章小结47-49总结49-50参考文献50-54致谢54-55附录55-57攻读硕士学位期间发表论文57
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微波折射率仪在探测海面蒸发波导的应用
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&&微波折射率仪是一种利用微波技术对大气折射率进行直接测量的仪器,与气象参数测量大气折射率相比,具有测量精度高、测量速度快、适应性好的特点。介绍了一种新体制微波折射率仪的原理及构成,并对试验测试数据做出分析和结论,结合实地观测数据对微波折射率仪在海面蒸发波导的应用进行了分析。
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