嵌入式光電檢測系統設計及應用 ( 簡體 字) |
| 作者：邱選兵 | 類別：1. -> 電腦組織與體系結構 -> 嵌入式系統 |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 51850
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NT售價： 445 元 |
| 出版日：9/1/2019 |
| 頁數：276 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121352898 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
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| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：嵌入式光電檢測系統是將光學、電子學和嵌入式技術相結合而產生的一種新興檢測系統，展現出測量精度高、速度快、非接觸、智能化、便攜式等突出特點，已經成為21世紀各種精密測量與分析學科的重要組成之一。特別是近年來各種新型激光器和探測器的出現，以及人工智能、嵌入式技術、電子技術和網絡技術的發展，使得嵌入式光電檢測系統的內容越來越豐富，應用越來越廣泛，目前已經滲透到幾乎所有的國防、工業和科研部門。例如，2016年我國在貴州建立的全球最大的500米口徑球面射電望遠鏡就是一個復雜的光電檢測系統。
本書內容主要建立在著者及科研團隊所從事的光纖傳感、電磁脈沖渦流檢測及高靈敏度激光光譜技術研究的理論、實驗和工程應用研究的相關成果，以及近年來承擔的相關科研項目和本科生及研究生教學的基礎上，本書對嵌入式光電檢測技術及系統進行了歸納、分析和總結。
全書共8章。第1章主要闡述了光電檢測系統的主要構成、工作原理、基本特性及發展趨勢；第2章介紹了本書涉及的光電檢測理論基礎：高靈敏度激光吸收光譜理論、布拉格光纖光柵傳感理論及電磁脈沖渦流檢測理論基礎；第3章介紹了光電檢測系統主要涉及的各種技術，特別是光源技術、光電探測技術、光電信號預處理技術及光電微弱信號處理技術；第4章主要闡述了嵌入式系統原理及其在光電檢測中的應用，重點介紹了嵌入式系統的基本概念、特點、組成，尤其是嵌入式處理器的開發平臺、接口電路，并介紹了兩個典型的嵌入式光電檢測系統實例；第5章圍繞光纖光柵傳感技術展開，主要介紹了基于布拉格光纖光柵的嵌入式光電檢測系統的硬件和軟件開發，以及基于布拉格光纖光柵的高溫瞬態溫度測量、爆轟速度和壓力測量應用；第6章介紹了嵌入式脈沖渦流驅動技術、嵌入式脈沖渦流缺陷分類和檢測系統、脈沖渦流響應信號處理技術，重點介紹了基于頻率特征量的缺陷分類算法；第7章在引入高穩定的激光驅動模塊的基礎上，介紹了幾種新型的多光程技術、信號處理技術，并且介紹了著者所在的課題組開發的兩種嵌入式激光光譜檢測儀器；第8章為光電檢測系統在火災探測中的應用，分別運用圖像處理技術、自由基發射光譜、激光吸收光譜技術實現早期火災的探測和預警。
本書涉及的理論及理論模型的描述，都節選自國內外本領域專家、學者公開發表的參考文獻，在寫作中不可避免地對參考資料在形式和內容上進行了不同程度的取舍或修改，書中也盡可能地對引用的參考文獻加以著錄，但由于種種原因的限制，很難保證沒有遺漏或錯誤，敬請各位有識之士不吝賜教、指正。著者在此感謝所有參考文獻的作者，因為是他們多年辛勤及卓有成效的工作，才使著者近年來對原子分子光譜與檢測技術的許多理論問題有了一些膚淺的認識。
本書是著者在太原科技大學給本科生講授“光電微機接口技術”“嵌入式系統設計與應用”“光電技術”“傳感器技術”“數字信號處理”課程，以及給研究生講授“光電接口技術”課程的基礎上完成的，感謝太原科技大學對著者工作的支持。
本書是在國家自然科學基金委員會—山西省人民政府煤基低碳聯合基金（項目批準號：U1610117）、國家自然科學基金（項目批準號：11504256、61573323）、太原科技大學校博士啟動基金（20132011）、江西中醫藥大學現代中藥制劑教育部重點實驗室開放基金、有機地球化學國家重點實驗室開放基金（SKLOG-2017-18）、山西省“1331工程”重點創新團隊建設計劃、太原科技大學重型機械教育部工程研究中心“重型機械”開放基金（20173001）、橫向課題（201455）、晉城市科技攻關項目（20151004-22）等研究成果的基礎上撰寫的，在此對國家自然科學基金委員會、山西省科技廳和教育廳、太原科技大學和太原科技大學重型機械教育部工程研究中心、江西中醫藥大學、晉城市科技局等表示衷心的感謝。本書能夠問世，首先感謝曾經為我提供學習機會和實驗條件的重慶大學、太原理工大學，感謝各位老師將我引入機械、光電子領域的大門，感謝太原科技大學的魏計林教授對我工作、學習、生活的照顧和幫助。感謝我的博士生導師崔小朝教授，他指導我在電磁渦流方向上取得成果，愿您在天堂沒有病痛折磨，一切安好！感謝靳寶全師兄給予我的幫助，還記得第一次來到太原就是您接待和幫助的。感謝我的碩士生導師熊詩波教授，感謝太原理工大學機電研究所的熊曉燕、楊潔明、權龍、程桁等老師給予的實驗指導、論文審閱等方面的幫助。感謝博士期間同組的張雪霞、晉艷娟、張俊婷、彭英、馬騰、李坤、孫曉思等同學的幫助和支持。感謝中北大學的王高教授給予我們課題組的幫助和支持！
在此我要特別感謝課題組的李傳亮老師，是您帶領我進入了量子世界，讓我結識了激光光譜，從而使本書內容能夠更加豐富和飽滿！感謝儒雅學者陳揚?教授給予我們課題組的幫助和支持！
一路走來，非常之不易！感謝大連化學物理研究所韓克利老師在學術道路上對我的鼓勵，感謝吉林大學許海峰老師和閆冰老師在光譜理論計算和實驗過程中給予的幫助，感謝西北大學鄒文利老師及魯東大學楊傳路老師、王美山老師在MOLPRO計算中給予的指導，感謝山西大學激光光譜所馬維光、趙延霆、董雷、張雷、姬中華和秦成兵老師在實驗中對我的幫助，感謝西安授時中心劉濤老師的熱情幫助，感謝安徽光機所高曉明、趙衛雄老師和浙江師范大學邵杰老師在TDLAS實驗中不厭其煩的解釋，感謝上海理工大學沈建琦老師在Mie散射光譜方面的幫助。
感謝太原科技大學物理系同事對我工作的關心和支持，尤其我們團隊的魏計林、李傳亮、李坤、李晉紅、和小虎等老師，以及正在我們團隊工作的邵李剛、陰旭梅、郭心騫、孫冬遠、席廷宇、楊曉飛、鄭飛、李寧、魏永卜、盧丹華、郭宇晨、張恩華、李杰、常虹、王澤育等同學和已經畢業的李百鶴、劉軍、卜凡亮、楊牧、張棚、劉路路、盧艮萍、吳應發、史維新、吳飛龍、周銳、郝璽、蔣利軍、賈皓月、李亞超等同學。另外，感謝電子工業出版社編輯們在本書出版過程中付出的辛勤勞動。還有許多老師、同學和朋友對我們課題組給予了很多的幫助，在此恕不一一列出，但對你們表示衷心的感謝和祝福。
感謝家人對我工作的理解和寬容，尤其是妻子對家庭的無私奉獻，同時也感謝兒子對我的理解和包容。
感謝我的父母、岳父母，是你們的理解和支持才成就了我的今天，謝謝你們！
由于著者學識水平有限，加之光電檢測技術的研究涉及面太寬，書中難免有許多不妥和錯誤之處，希望相關領域的專家、學者及參閱本書的各位老師、同學不吝賜教。
邱選兵
2018年6月 |
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，最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。 |
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 |
| 序： |
