基于多LED可见光源的室内位置检测装置设计

设计了基于多LED可见光光源的室内位置检测装置,该装置具有成本低、功耗低、定位算法简单等优点。实验数据表明:使用可见光光强传感器结合LED发送的多频可见光调制信息可以完成80cm×80cm×80cm模拟室内模型的立方结构内部精确定位,定位精度约为2cm。     

强度调制光纤位姿传感器的检测性能提高技术

本文研究了强度调制光纤传感器的反射信号检测技术,提出基于自扫描光电二极管阵列(SSPA)取样积分的时域光强检测方法,它具有信号处理简单,有效抑制环境光和电路背景噪声影响的特点,该方法的实施有效地提高了强度调制传感器的测量精度和稳定性.     

强度渊制光纤位姿传感器的检测性能提高技术

本文研究了强度调制光纤传感器的反射信号检测技术，提出基于直扫描光电二极管阵列(SSPA)取样积分的时域光强检测方法，它具有信号处理简单，有效抑制环境光和电路背景噪声影响的特点．该方法的实施有效地提高了强度调制传感器的测量精度和稳定性。     

基于LED可见光通信的音频传输系统设计

可见光作为通信链路的信息载体,以绿色低碳的通信方式实现信息数据的交互。为了更好地开展可见光在通信系统的应用研究,从信号接入层、调制解调层、LED接口层以及应用处理层等软硬件方面设计基于低功耗微控制器的音频传输系统,利用白光LED作为灯源实现音频信号通信传输。在系统中,音频信号在发送侧被采集后,经过微控制器ADC处理,得到数字信号,通过改进型达林顿管结构形成载波调制音频信号,进而驱动大功率LED,LED发出包含数据信息的调制光信号。接收侧使用以光敏二极管为主的光电检测电路对信号接收,经过运放LM393组成的比较器对波形整形,在MCU串口处被接收解析,得到解调信号,最终通过运算放大器NS4890组成的功率放大电路驱动扬声器。实验输入两种信号进行测试,一种是发生器产生的正弦信号,另一种是手机播放的MP3音频信号,通过示波器的观察,可以在通道查看实时发送以及接收的波形,接收波形与发送波形的形状一致,实现了音频信号的无失真有效传输。系统硬件集成度高、体积小、功耗低,为音频传输提供一种新的实现方案,不断拓展可见光通信的应用领域。     

光纤传感器测量小孔圆度误差

提出了采用光纤传感器测量小孔圆度误差的一种新方法.该系统由光纤测量探头和以微型计算机为基础的控制电路组成.光纤探头由单根多模光纤制成,采用反射式光强调制原理.由红外发光二极管提供稳定的光源,返回光信号由光电二极管接收,并经过光电转换,由微机进行信息处理.传感器测头的结构小巧、抗干扰能力强,可以在高电压、强磁场和空间狭小的条件下工作,具有很强的通用性.实验表明该方法能可靠精确地测得小孔圆度误差.     

基于可见光和近红外光图像的浊度分析（英文）

传统的光电检测系统需要复杂的电路和分光系统,以及需要专业人员进行操作。为了取而代之,结合数码摄像头的成像特点和计算机的高速信息处理能力,提出了一种利用摄像头测量浊度的方法。设计了两种基于可见光和近红外光摄像头的浊度测量装置和一个恒定光强的光源驱动电路。利用自主开发的图像处理软件获取浊度图像中的RGB数据,并将其转换为CIE Lab颜色空间。根据亮度、色差与浊度之间的关系,建立了0-1 000 NTU、小于100 NTU、大于100 NTU范围内的可见光和近红外装置的亮度和色差的浊度检测模型。对所提出的模型进行对比分析,选择综合性能最好的两个测量模型进行融合,生成了一个新的测量模型。实验结果表明,三种模型与商用浊度仪的测量结果之间的相关性均大于0.999,融合模型的误差在1.05%以内,均方误差为1.14。可见光装置在低浊度测量时表现出的误差较小,受图像颜色影响较小。近红外装置在全量程和高浊度测量时更稳定、准确,更适合此类测量。     

光谱吸收型光纤一氧化碳传感器

基于气体分子的近红外光谱吸收机理,研究一种可以检测一氧化碳的光纤气体传感器.对窄带光源DFB LD进行正弦波调制,建立差分吸收的数学模型,利用谐波技术实现气体浓度的检测.系统采用差分结构有效消除了光源光强噪声干扰以及光电器件的零点漂移.实验结果表明,传感器性能稳定、灵敏度高、重复性好,并且不受其它气体的干扰.     

基于可见光和近红外光图像的浊度分析

传统的光电检测系统需要复杂的电路和分光系统,以及需要专业人员进行操作。为了取而代之,结合数码摄像头的成像特点和计算机的高速信息处理能力,提出了一种利用摄像头测量浊度的方法。设计了两种基于可见光和近红外光摄像头的浊度测量装置和一个恒定光强的光源驱动电路。利用自主开发的图像处理软件获取浊度图像中的RGB数据,并将其转换为CIE Lab颜色空间。根据亮度、色差与浊度之间的关系,建立了0-1000 NTU、小于100 NTU、大于100 NTU范围内的可见光和近红外装置的亮度和色差的浊度检测模型。对所提出的模型进行对比分析,选择综合性能最好的两个测量模型进行融合,生成了一个新的测量模型。实验结果表明,三种模型与商用浊度仪的测量结果之间的相关性均大于0.999,融合模型的误差在1.05%以内,均方误差为1.14。可见光装置在低浊度测量时表现出的误差较小,受图像颜色影响较小。近红外装置在全量程和高浊度测量时更稳定、准确,更适合此类测量。     

微弱光强信号采样电路设计

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。     

采用调制光强测量浊度

为避免背景光的干扰 ,本文提出了采用调制光强测量浊度的新方法。讨论了对光信号转变为电信号时的非线性转换作线性化处理的问题。对测量过程在计算机上用MATLAB进行了仿真     

基于光强调制和数字拟合的PSD位置检测方法的研究

为了实现对微小位置信号的精密测量,建立了PSD位置检测系统。对该系统的光强调制方法、测量原理、位置测量算法及误差评估进行了研究。实验发现当信号光强微弱时,位置敏感器件(PSD)受背景光强影响很大。采用正弦调制光强,通过带通放大的方式,克服背景光强的影响,极大地提高了测量系统的信噪比。针对所提取的PSD光强差与和信号均为调制频率信号,且幅值与相差由光斑位置决定的特点,提出应用同步A/D与椭圆拟合法计算光斑位置的方法,并对相关计算公式进行了理论推导。实验结果表明:在测量范围达到9 mm的条件下,测量精度可达到0.01 mm.基本满足PSD位置检测方法的稳定可靠、测量精度高、抗干扰能力强等要求。     

基于荧光法的光学海水叶绿素传感器研究

叶绿素浓度是反映海水水质受污染程度的重要指标,目前国内测量主要采用岸边监测或实验室分析,无实时测量海水叶绿素的传感器。为此,提出一种基于荧光法的光学海水叶绿素传感器,首先选用470 nm波长LED作为激发光源,超低噪声、高灵敏度光电二极管作为荧光接收装置,将激发光路与接收光路集成一体,设计了一体化封装光学探头。采用调制解调技术,对激发LED光源进行调制,通过对荧光信号的同步解调以及数字混合迭代滤波算法实现海水叶绿素浓度的原位、长期监测。经过长期海试与实验室性能对比测试证明该传感器具有集成度高、灵敏度高、功耗低、体积小、可集成多参数仪等优点。其综合性能指标达到国外同类仪器水平。对于海洋富营养化生态灾害的监测和预测具有重要意义,同时对海洋保护提供技术支撑。     

基于4G的散射式浊度仪设计

为了改善水质监测现状,提高水质监测水平,设计了一种基于4G的散射式浊度仪。该检测仪以物联网技术为核心,通过浊度探头来检测水质情况,将水质浊度转换为可被采集的电压信号,利用数据处理电路对浊度传感器输出的信号进行滤波放大,然后送入到单片机的A/D转换器中进行模数转换,最终计算得到水质的浊度。实际测试结果表明,系统能有效地监测到水质的浊度情况,且测量相对误差小于8%,为水质的实时监测提供一种新的方法。     

基于STM32的水质检测机器鱼

为了能更加快速、实时检测河流的浊度情况,设计了一种搭载浊度的水质检测传感器的单关节仿生机器鱼。利用STM32微控制器作为主控系统,结合浊度传感器,NRF24L01天线模块通信技术,实现了对河流水质实时检测。通过NRF24L01天线模块将浊度数据发送到地面工作人员,工作人员根据数据可以及时作出处理,减轻污染。该机器鱼操作方便、成本低、拓展性好,可大量推广使用,对实时水质监测技术及机器鱼研制具有一定的参考价值。     

斜面透镜光纤在反射式光纤位移传感器中的应用（英文）

介绍了一种斜面透镜光纤在反射式光纤位移传感器中的应用,即接收光纤采用斜面透镜光纤。基于平面式单光纤对光强调制特性函数表达式,建立了斜面接收光纤单光纤对光强调制特性的数学模型,通过对调制特性函数的仿真实验,得出了光纤间距、光纤芯径和光纤数值孔径等参量对传感器调制特性的影响规律。     

基于单片机的双通道比色检测系统开发及应用

光电比色法是现代仪器分析常用的一种分析方法,本研究开发了一种基于Aducm360单片机的双通道光电比色检测系统。该系统包括电源模块、光源发射模块、光敏接收模块、信号采集模块、通讯模块。通过单片机实现对光源、信号的调制、解调,同时将接收的光电信号进行转换、同步检波、滤波、高精度采集,从而得到稳定的光强值。该系统可进行单通道比色,也可使用双通道进行更高精度的比色。因为该系统使用的是调制光源和同步检波的工作方式而不是传统比色检测系统直接恒流控制光源、直接采集光敏信号的工作方式,降低了背景噪声、电路及元器件噪声对自身系统的干扰,从而大大提升了本系统比色检测的准确度和精度。     

基于GRIN-Lens散射式红外浊度仪的设计

根据水质浊度测定标准ISO 7027-1:2016,结合散射法浊度测量原理,设计一种用于测量环境水体浊度的小型化便携式浊度仪。测量光源采用波长为880 nm的红外LED,设计了恒流源驱动电路提高光源的稳定性。浊度仪以嵌入式ARM处理器为核心,基于GRIN-Lens自聚焦透镜和TSL2581光强传感器设计检测模块,并通过OLED显示屏实时显示测量数据。设计并通过3D打印技术加工了机械装置,实现了包括光源、比色皿、检测器和GRIN-Lens等结构一体化的测量系统。实验结果表明,浊度仪在0～400 NTU的样品中可精确地对浊度进行测量,线性良好,精密度良好,方法检出限为0.2 NTU。     

基于光强可调的浊度智能检测传感器研究

为了使浊度传感器量程与精度调节智能化,基于光学检测浊度的原理,研究了溶液透射光检测电压和入射光强的非线性变化规律,建立了电压差-浊度间测量模型。设计了通过PWM占空比调节不同溶液间的电压差改变量程与精度的传感器,进行了量程1(1～1 000 NTU)和量程2(0～200 NTU)的实验。实验结果显示,在量程1时,重复性误差为1.7%,示值误差为10%;在量程2时,重复性误差为1.0%,示值误差为4.5%。结果表明,测量低浊度时,量程2精度更高;测量高浊度时,量程1范围更大。实验证明了该模型的可行性。     

可见光通信中GaN-LED PN结面积对调制带宽的影响机理

在可见光无线通信中,用于照明的LED光源的调制带宽很低,只有几MHz,限制了基于LED光源的可见光通信的信息传输容量和速度。为构建高带宽LED,研究影响LED调制带宽的因素和机制。设计3组PN结面积分别为200μm×800μm,300μm×900μm和300μm×1 200μm的LED芯片并倒装封装成LED器件,测试这3组器件的光电特性和调制带宽,并比较3组样品的电容曲线,分析调制带宽的主要影响因素之一——电容对LED器件的影响机制。实验结果表明:PN结面积为200μm×800μm的LED器件具有最小电容,且具有最高的49.9 MHz的-3 dB调制带宽。由于封装、测试电路等引起寄生电容对LED器件调制带宽有重要影响,通过优化器件倒装结构、LED驱动电路等方法可以大幅度减少测试系统的寄生电容,提高LED器件的调制带宽。     

光强自动补偿型光纤转角传感原理

本文采用了双路光纤接收方法，提出了一种可实现光强自动补偿的光纤转角传感器原理。从理论上分析了该传感装置的补偿机理，给出了特性调制函数。实验结果表明，该传感装置可有效地补偿光源强度的变化对测量结果的影响。