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嵌入式光電檢測系統設計及應用 版權信息
- ISBN：9787121352898
- 條形碼：9787121352898 ; 978-7-121-35289-8
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
嵌入式光電檢測系統設計及應用 本書特色
本書以高靈敏度激光吸收光譜、FBG傳感系統、脈沖渦流無損檢測系統等嵌入式光電檢測系統為對象，從光源、光學器件出發，闡述了嵌入式光電檢測系統中涉及的光電檢測原理、嵌入式技術，并從嵌入式光電檢測系統構成和實際工程應用出發，詳細地分析和介紹了布拉格光纖光柵檢測系統、電磁脈沖渦流檢測系統、激光光譜檢測系統的系統設計、硬件和軟件實現，*后通過光電檢測系統的實際應用案例，介紹了光電檢測系統在火災探測中的應用。 本書可供光電檢測和嵌入式開發應用等領域的科技工作者、教師、研究生和高年級本科生閱讀，也可供高等院校物理學、光學技術與光電儀器、檢測技術與自動化儀表、光電信息科學與工程、光電子等相關專業的師生參考。
嵌入式光電檢測系統設計及應用 內容簡介
本書以高靈敏度激光吸收光譜、FBG傳感系統、脈沖渦流無損檢測系統等嵌入式光電檢測系統為對象，從光源、光學器件出發，闡述了嵌入式光電檢測系統中涉及的光電檢測原理、嵌入式技術，并從嵌入式光電檢測系統構成和實際工程應用出發，詳細地分析和介紹了布拉格光纖光柵檢測系統、電磁脈沖渦流檢測系統、激光光譜檢測系統的系統設計、硬件和軟件實現，很后通過光電檢測系統的實際應用案例，介紹了光電檢測系統在火災探測中的應用。 本書可供光電檢測和嵌入式開發應用等領域的科技工作者、教師、研究生和高年級本科生閱讀，也可供高等院校物理學、光學技術與光電儀器、檢測技術與自動化儀表、光電信息科學與工程、光電子等相關專業的師生參考。
嵌入式光電檢測系統設計及應用 目錄
第1章 光電檢測系統概述 1
1.1 引言 2
1.2 光電檢測系統的主要構成 2
1.2.1 光源和照明光學系統 3
1.2.2 被測對象和光學變換 3
1.2.3 光信號的匹配處理 4
1.2.4 光電轉換 4
1.2.5 電信號的放大與處理 4
1.2.6 計算機的存儲、顯示與控制 4
1.3 光電檢測系統的工作原理 5
1.3.1 把待測量變換為光信息模擬量 5
1.3.2 把待測量變換為光信息脈沖量 5
1.3.3 光電檢測系統的基本結構形式 6
1.4 光電檢測系統的基本特性 7
1.4.1 光電檢測系統的靜態特性 7
1.4.2 光電檢測系統的動態特性 10
1.5 光電檢測系統的發展趨勢 12
參考文獻 13
第2章 光電檢測理論基礎 15
2.1 概述 16
2.2 激光吸收光譜檢測原理 16
2.2.1 Lambert-Beer定律及測溫原理 16
2.2.2 分子吸收線型與線寬 17
2.2.3 TDLAS測量技術 19
2.3 光纖光柵分布式檢測原理 22
2.3.1 光纖光柵特性及傳感原理 22
2.3.2 FBG傳感器解調原理 26
2.4 基于脈沖渦流的平板導體無損檢測原理 28
2.4.1 Dodd-Deeds渦流解析模型 28
2.4.2 平板導體的脈沖渦流模型 33
2.4.3 基于脈沖渦流平板導體表面缺陷的解析模型 36
參考文獻 41
第3章 光電檢測系統 45
3.1 光電檢測系統的基本構成 46
3.2 光源及光學器件 46
3.3 光電探測技術 55
3.3.1 光電效應和光熱效應 55
3.3.2 常見光電探測器 56
3.4 光電信號的預處理技術 57
3.4.1 光電流模式 57
3.4.2 光電導模式 59
3.5 光電微弱信號處理技術 61
3.5.1 光電檢測系統的噪聲 61
3.5.2 噪聲的統計特征 64
3.5.3 微弱光電信號檢測常用技術 66
參考文獻 69
第4章 嵌入式系統原理及其在光電檢測中的應用 73
4.1 嵌入式系統的基本概念 74
4.2 嵌入式系統的特點 74
4.2.1 嵌入式系統的要求 75
4.2.2 嵌入式系統的特征 75
4.2.3 嵌入式系統的發展 76
4.3 嵌入式系統的組成 76
4.3.1 嵌入式系統的硬件組成 77
4.3.2 嵌入式系統的軟件組成 78
4.4 嵌入式光電檢測系統硬件開發平臺 79
4.4.1 嵌入式8位單片機硬件開發平臺 80
4.4.2 嵌入式32位STM32F103單片機硬件開發平臺 80
4.4.3 嵌入式光電檢測系統外設接口 82
4.5 嵌入式光電檢測系統開發應用 98
4.5.1 基于C8051F340高速單片機的高精度定時裝置的設計 98
4.5.2 基于STM32F103的太陽跟蹤控制系統的設計 102
參考文獻 107
第5章 布拉格光纖光柵檢測系統 109
5.1 檢測系統總體結構 110
5.1.1 設計要求與系統功能 110
5.1.2 FBG傳感系統測量方案 110
5.2 檢測系統的主要儀器及特性 111
5.2.1 寬帶光源 111
5.2.2 光隔離器 112
5.2.3 光耦合器 112
5.2.4 FBG傳感器 113
5.2.5 光纖F-P可調諧濾波器 113
5.2.6 PIN光電二極管 114
5.3 PIN光電二極管檢測電路 114
5.3.1 光電二極管的工作模式 114
5.3.2 光電二極管檢測電路的設計 115
5.4 光纖F-P可調諧濾波器驅動電路 119
5.4.1 DAC輸出電路 119
5.4.2 驅動電壓調理電路 120
5.5 分布式FBG溫度和壓力測量 121
5.5.1 溫度測量 121
5.5.2 壓力測量 123
5.6 FBG瞬態溫度測量法 125
5.6.1 研究背景 125
5.6.2 裝置結構 126
5.6.3 信號處理算法 127
5.7 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測量 128
5.7.1 爆轟波的基本概念 128
5.7.2 測量爆轟速度和壓力的背景技術 129
5.7.3 基于FBG傳感器的爆轟速度測量原理 129
5.7.4 基于FBG傳感器的爆轟壓力測量原理 130
5.7.5 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測量系統 132
參考文獻 133
第6章 電磁脈沖渦流檢測系統 135
6.1 電磁脈沖渦流探頭設計 136
6.1.1 GMR脈沖渦流探頭 136
6.1.2 Hall脈沖渦流探頭 137
6.2 嵌入式脈沖渦流驅動技術 137
6.2.1 系統構成 137
6.2.2 嵌入式脈沖渦流激勵源軟件設計 140
6.2.3 實驗測試 142
6.3 嵌入式脈沖渦流缺陷檢測 145
6.3.1 系統構成 145
6.3.2 嵌入式脈沖渦流自動缺陷檢測儀器硬件設計 145
6.3.3 嵌入式脈沖渦流自動缺陷檢測儀器軟件設計 149
6.4 脈沖渦流信號處理 151
6.4.1 小波理論的脈沖渦流快速預處理算法研究 151
6.4.2 小波去噪理論 152
6.4.3 脈沖渦流響應信號的實時預處理 153
6.4.4 脈沖渦流響應信號的快速小波去噪算法研究 158
6.4.5 實驗結果與討論 160
6.5 缺陷分類算法 160
6.5.1 脈沖渦流缺陷識別與定量檢測平臺 161
6.5.2 基于頻譜分析的脈沖渦流缺陷識別研究 163
6.5.3 基于小波變換與頻譜分析的缺陷識別研究 171
6.5.4 基于功率譜密度分析和小波變換的脈沖渦流缺陷識別研究 175
6.5.5 基于功率譜密度和經驗模態分解的脈沖渦流缺陷識別研究 182
參考文獻 191
第7章 激光光譜檢測系統 195
7.1 測量總體機構 196
7.2 激光驅動技術 197
7.2.1 基于Wavelength模塊的激光驅動器 197
7.2.2 自主研制的激光驅動器 206
7.3 多光程技術 212
7.3.1 Herriott型長光程池設計理論 213
7.3.2 新型Herriott長光程模擬 214
7.3.3 螺旋式Herroitt多光程池 217
7.4 信號處理技術 220
7.4.1 鎖相放大器的工作原理 220
7.4.2 鎖相放大器的基本組成和部件 221
7.5 儀器實現與應用 224
7.5.1 基于TDLAS的小型化C2H2測量系統研究 224
7.5.2 基于激光雙吸收譜線的氨氣溫度測量研究 227
參考文獻 231
第8章 光電檢測系統在火災探測中的應用 235
8.1 概述 236
8.2 圖像處理技術在火災探測中的應用 236
8.2.1 多特征量對數回歸的火災識別算法 237
8.2.2 實驗結果與分析 239
8.3 多特征量數據融合的嵌入式火災早期預警系統 242
8.3.1 早期火災發生特點及特征量的選擇 243
8.3.2 火災早期預警系統 243
8.3.3 火災模擬實驗 245
8.3.4 實驗結果與討論 247
8.4 自由基發射光譜在火災探測中的應用 247
8.4.1 實驗系統 248
8.4.2 基于圖像處理的火災識別算法 249
8.4.3 自由基光譜測溫原理 250
8.4.4 CH自由基光譜測溫 252
8.4.5 丁烷在大氣中燃燒的火焰光譜標定 253
8.4.6 實驗結果與討論 253
8.5 激光吸收光譜技術在火災探測中的應用 254
8.5.1 吸收光譜的譜線選擇 254
8.5.2 實驗裝置 255
8.5.3 微控制器和數字鎖相放大器 256
8.5.4 傳感器的校準 259
8.5.5 火災早期探測應用實驗 261
8.5.6 小結 263
參考文獻 263
1.1 引言 2
1.2 光電檢測系統的主要構成 2
1.2.1 光源和照明光學系統 3
1.2.2 被測對象和光學變換 3
1.2.3 光信號的匹配處理 4
1.2.4 光電轉換 4
1.2.5 電信號的放大與處理 4
1.2.6 計算機的存儲、顯示與控制 4
1.3 光電檢測系統的工作原理 5
1.3.1 把待測量變換為光信息模擬量 5
1.3.2 把待測量變換為光信息脈沖量 5
1.3.3 光電檢測系統的基本結構形式 6
1.4 光電檢測系統的基本特性 7
1.4.1 光電檢測系統的靜態特性 7
1.4.2 光電檢測系統的動態特性 10
1.5 光電檢測系統的發展趨勢 12
參考文獻 13
第2章 光電檢測理論基礎 15
2.1 概述 16
2.2 激光吸收光譜檢測原理 16
2.2.1 Lambert-Beer定律及測溫原理 16
2.2.2 分子吸收線型與線寬 17
2.2.3 TDLAS測量技術 19
2.3 光纖光柵分布式檢測原理 22
2.3.1 光纖光柵特性及傳感原理 22
2.3.2 FBG傳感器解調原理 26
2.4 基于脈沖渦流的平板導體無損檢測原理 28
2.4.1 Dodd-Deeds渦流解析模型 28
2.4.2 平板導體的脈沖渦流模型 33
2.4.3 基于脈沖渦流平板導體表面缺陷的解析模型 36
參考文獻 41
第3章 光電檢測系統 45
3.1 光電檢測系統的基本構成 46
3.2 光源及光學器件 46
3.3 光電探測技術 55
3.3.1 光電效應和光熱效應 55
3.3.2 常見光電探測器 56
3.4 光電信號的預處理技術 57
3.4.1 光電流模式 57
3.4.2 光電導模式 59
3.5 光電微弱信號處理技術 61
3.5.1 光電檢測系統的噪聲 61
3.5.2 噪聲的統計特征 64
3.5.3 微弱光電信號檢測常用技術 66
參考文獻 69
第4章 嵌入式系統原理及其在光電檢測中的應用 73
4.1 嵌入式系統的基本概念 74
4.2 嵌入式系統的特點 74
4.2.1 嵌入式系統的要求 75
4.2.2 嵌入式系統的特征 75
4.2.3 嵌入式系統的發展 76
4.3 嵌入式系統的組成 76
4.3.1 嵌入式系統的硬件組成 77
4.3.2 嵌入式系統的軟件組成 78
4.4 嵌入式光電檢測系統硬件開發平臺 79
4.4.1 嵌入式8位單片機硬件開發平臺 80
4.4.2 嵌入式32位STM32F103單片機硬件開發平臺 80
4.4.3 嵌入式光電檢測系統外設接口 82
4.5 嵌入式光電檢測系統開發應用 98
4.5.1 基于C8051F340高速單片機的高精度定時裝置的設計 98
4.5.2 基于STM32F103的太陽跟蹤控制系統的設計 102
參考文獻 107
第5章 布拉格光纖光柵檢測系統 109
5.1 檢測系統總體結構 110
5.1.1 設計要求與系統功能 110
5.1.2 FBG傳感系統測量方案 110
5.2 檢測系統的主要儀器及特性 111
5.2.1 寬帶光源 111
5.2.2 光隔離器 112
5.2.3 光耦合器 112
5.2.4 FBG傳感器 113
5.2.5 光纖F-P可調諧濾波器 113
5.2.6 PIN光電二極管 114
5.3 PIN光電二極管檢測電路 114
5.3.1 光電二極管的工作模式 114
5.3.2 光電二極管檢測電路的設計 115
5.4 光纖F-P可調諧濾波器驅動電路 119
5.4.1 DAC輸出電路 119
5.4.2 驅動電壓調理電路 120
5.5 分布式FBG溫度和壓力測量 121
5.5.1 溫度測量 121
5.5.2 壓力測量 123
5.6 FBG瞬態溫度測量法 125
5.6.1 研究背景 125
5.6.2 裝置結構 126
5.6.3 信號處理算法 127
5.7 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測量 128
5.7.1 爆轟波的基本概念 128
5.7.2 測量爆轟速度和壓力的背景技術 129
5.7.3 基于FBG傳感器的爆轟速度測量原理 129
5.7.4 基于FBG傳感器的爆轟壓力測量原理 130
5.7.5 基于FBG傳感器的爆轟速度和壓力測量系統 132
參考文獻 133
第6章 電磁脈沖渦流檢測系統 135
6.1 電磁脈沖渦流探頭設計 136
6.1.1 GMR脈沖渦流探頭 136
6.1.2 Hall脈沖渦流探頭 137
6.2 嵌入式脈沖渦流驅動技術 137
6.2.1 系統構成 137
6.2.2 嵌入式脈沖渦流激勵源軟件設計 140
6.2.3 實驗測試 142
6.3 嵌入式脈沖渦流缺陷檢測 145
6.3.1 系統構成 145
6.3.2 嵌入式脈沖渦流自動缺陷檢測儀器硬件設計 145
6.3.3 嵌入式脈沖渦流自動缺陷檢測儀器軟件設計 149
6.4 脈沖渦流信號處理 151
6.4.1 小波理論的脈沖渦流快速預處理算法研究 151
6.4.2 小波去噪理論 152
6.4.3 脈沖渦流響應信號的實時預處理 153
6.4.4 脈沖渦流響應信號的快速小波去噪算法研究 158
6.4.5 實驗結果與討論 160
6.5 缺陷分類算法 160
6.5.1 脈沖渦流缺陷識別與定量檢測平臺 161
6.5.2 基于頻譜分析的脈沖渦流缺陷識別研究 163
6.5.3 基于小波變換與頻譜分析的缺陷識別研究 171
6.5.4 基于功率譜密度分析和小波變換的脈沖渦流缺陷識別研究 175
6.5.5 基于功率譜密度和經驗模態分解的脈沖渦流缺陷識別研究 182
參考文獻 191
第7章 激光光譜檢測系統 195
7.1 測量總體機構 196
7.2 激光驅動技術 197
7.2.1 基于Wavelength模塊的激光驅動器 197
7.2.2 自主研制的激光驅動器 206
7.3 多光程技術 212
7.3.1 Herriott型長光程池設計理論 213
7.3.2 新型Herriott長光程模擬 214
7.3.3 螺旋式Herroitt多光程池 217
7.4 信號處理技術 220
7.4.1 鎖相放大器的工作原理 220
7.4.2 鎖相放大器的基本組成和部件 221
7.5 儀器實現與應用 224
7.5.1 基于TDLAS的小型化C2H2測量系統研究 224
7.5.2 基于激光雙吸收譜線的氨氣溫度測量研究 227
參考文獻 231
第8章 光電檢測系統在火災探測中的應用 235
8.1 概述 236
8.2 圖像處理技術在火災探測中的應用 236
8.2.1 多特征量對數回歸的火災識別算法 237
8.2.2 實驗結果與分析 239
8.3 多特征量數據融合的嵌入式火災早期預警系統 242
8.3.1 早期火災發生特點及特征量的選擇 243
8.3.2 火災早期預警系統 243
8.3.3 火災模擬實驗 245
8.3.4 實驗結果與討論 247
8.4 自由基發射光譜在火災探測中的應用 247
8.4.1 實驗系統 248
8.4.2 基于圖像處理的火災識別算法 249
8.4.3 自由基光譜測溫原理 250
8.4.4 CH自由基光譜測溫 252
8.4.5 丁烷在大氣中燃燒的火焰光譜標定 253
8.4.6 實驗結果與討論 253
8.5 激光吸收光譜技術在火災探測中的應用 254
8.5.1 吸收光譜的譜線選擇 254
8.5.2 實驗裝置 255
8.5.3 微控制器和數字鎖相放大器 256
8.5.4 傳感器的校準 259
8.5.5 火災早期探測應用實驗 261
8.5.6 小結 263
參考文獻 263
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嵌入式光電檢測系統設計及應用 作者簡介
邱選兵，男，漢族，1980年1月生，四川資中人，民建會員，副教授，博士。2003年畢業于重慶大學機械電子工程專業，獲學士學位，2006年畢業于太原理工大學大學機械電子工程專業，獲碩士學位，2013年畢業于太原科技大學材料加工工程專業，獲博士學位。目前主要從事激光光譜應用、光學傳感與測試、電磁無損檢測、嵌入式系統、電子電路等方向的研究工作，主持的項目有：國家自然科學-煤基低碳聯合基金1項、山西省高校創新項目1項、橫向課題1項、國家級大學生創新訓練項目3項，在《NDT & E》、《Sensor A ：Physics.》、《光譜學與光譜分析》、《計算機應用》等國內外期刊上發表第一作者（包括通訊作者）的SCI收錄論文20余篇，申請國家發明專利3項，實用新型3項，指導學生在挑戰杯、互聯網 、光環杯、博創杯等創新應用活動中獲得特等獎、一等獎、二等獎、三等獎等獎項30余項，被評為2016年校"三育人”、2017年"年度優秀青年教師”等稱號。
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