液体浓度在线测量信号处理系统研究(2)
5. 2 二值化处理电路 20
5. 3 基于单片机的信号处理电路 22
5.3.1单片机的选择 22
5.3.2单片机计数原理 23
5.3.3信号处理电路 25
6 仿真结果 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录A 驱动电路中各芯片的VHDL 代码 31
附录B C51单片机内部编程 35
1 绪论
1．1 课题研究的背景
浓度是液体的基本物理参数之一，在化学分析，污染物检测，半导体制造业等许多行业都需要对液体的浓度进行精确的测量，液体浓度的在线测量在现在工业生产中十分重要。现在的浓度测量方法仍然有很多不足，往往不能实时测量或者测量的精度不够，需要我们研究出一种实时有效并且高精度的液体浓度在线测量系统。
一般液体浓度都通过折射率的测量来得到，折射率是物质的一个十分重要的基本物理参数，通过折射率我们能了解物质的许多性质，比如说光学性能、纯度、浓度以及色散等，其他的一些参数(如热光系数)也与折射率密切相关。比如在食品生产产业中，我们可以通过测定液态食品的折射率来确定食品的浓度，鉴别食品的成分，判断食品是否纯净，来保证食品的品质。因此，对液体折射率的准确测量，在许多研究领域都有重要意义。研究出一种简单方便直观的测量液体折射率的方法十分必要，可以给人们的生产和生活带来许多便利。
1．2 课题研究的现状
1．3 课题研究的内容
本课题要研究的是液体浓度在线测量系统。基于液体浓度与液体折射率之间的对应关系，转化为测量液体折射率。设计出一种测量液体折射率来测定液体浓度的方法。具体的步骤如下：
(1)选择合适的测量折射率的方法，分析液体折射率测量系统的原理。
(2)说明CCD的原理，根据系统量程和实际情况，选用合适的CCD，并具体介绍其主要参数和指标。
(3)阅读大量资料文献，总结出CCD驱动的不同方法并进行比较，选择合适的EPGA技术进行 CCD驱动电路的设计，并进行仿真。
(4)通过分析总结，设计出合理的CCD数据采集电路，本文用单片机实现，并且完成对输出信号的处理，并进行仿真。
(5)将CCD测到的数据传输到计算机上，通过推导出来的公式得出折射率的值，直接显示出来。
2 测量原理及系统设计
2．1 测量方法的选择
目前，有许多种方法来测量液体折射率，主要的方法包括干涉法、最小偏向角法、成像法、全反射法、分光仪法、偏振法等，干涉法又包括法布里-伯罗干涉法、迈克尔逊干涉法、劈尖干涉法、牛顿环法等，还有直接通过折射和反射定律测量折射率的方法和光纤传感法等。但是，这些方法都有各自的缺点，有对的测量折射率的范围有约束，有的需要有样品并知道其折射率，有的要求把被测物体加工后才能测量，有的测量精度比较低，实验操作麻烦，重复难度大，有的仪器构造比较复杂，测量起来繁琐，难以自动测量。
比较以上的几种方法，可以发现相对而言，无论是在理论原理理解上，还是实际的设计检测中，折射率法都比较好一点。折射率法用到的设计简单、操作方便，且能更好的实现自动化功能，相对于全反射法测量原理来说，更加具体、严谨、可行性高。更为重要的是，折射率法的测量结果也相对精确可靠些。综上，所以在本文中也将采用折射率法作为样本采样的方法。另外，使用CCD来探测光点位移，这样可以实现液体折射率在线实时自动化测量。