基于SZY-1型双折射测试仪电路改进设计的研究
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摘要
双折射率是表征各向异性晶体光学特性的一个重要的光学参数，它决定于材料的成分结构以及生成条件等多种因素，并且与波长有关[1]。测量双折射率的方法多样，电光调制法就是其中一种。SZY-1型双折射测试仪是基于电光调制的原理测量双折射率的一台仪器。本文在研究了SZY-1型双折射测试仪使用说明书及电原理图的基础上，结合当前最新的电子技术、单片机技术、光通信技术、计算机技术，改进和开发了高集成、高可靠的双折射测试仪系统。
针对国内电子电路发展的现状和嵌入式单片机的发展趋势，本文对SZY-1型双折射测试仪的三个骨干模块：电光调制信号源、高压电路、信号接收及处理电路进行了重新设计。其中电光调制信号源的设计应用了单片机编程产生信号并控制相移的方法，其设计原理简单，易于控制。高压电路模块应用了开关电源对其加以设计，产生的高压和信号源一块加载在电光调制器上对光信号进行控制。电光调制器输出的光信号经信号接收和处理模块后显示在示波器上。
系统对电光调制信号源、高压电路和信号接收及处理电路的硬件设计及软件设计做了详细的介绍。电光调制信号源的硬件电路以单片机STC89C52作为核心处理器，采用模块化设计，在保证可行性的基础上，提高了电路的集成度。高压电路模块选用了UC3842做为开关电源的核心芯片，实现了系统的集成化设计。信号接收和处理模块对窄带选频放大器进行了分析和改进并对所需的示波器进行了选型。
系统对各部分的电路进行了仿真，对出现的结果进行了讨论，还对改进后测量系统的测量方法进行了叙述。根据电光调制法的原理，在调节相应波形变化的基础上，用选定的电压表测出高压电路的输出电压，即可根据推出的公式计算出待测样品的双折射率。
经过多次软硬件调试和现场调试，本系统实现了SZY-1型双折射测试仪的所有功能。
Birefringence is a very important optical parameters characterizing the optical properties ofanisotropic crystals, determined by the composition of the material structure and formationconditions and other factors, and It is related to the wavelength. There are variety of methods formeasuring birefringence, one of which is electro-optical modulation method. SZY-1typemeasurement instrument birefraction is an instrument that measures the birefringence based onthe principle of electro-optic modulator. This paper studys the manual and the electricalschematic of SZY-1type measurement instrument birefraction,combines the latest electronictechnology, microcomputer technology, optical communication technology, computer technology,improves and develops a highly integrated, highly reliable measurement instrument birefraction.
According to the development situation of the domestic electronic circuits and the developtrend of embedded microcontroller,This paper redesigns measurement instrument birefraction’sthree key modules which include the electro-optical modulation signal source, high voltagecircuit, the signal receiving and processing circuit. The design of electro-optic modulation of thesignal source is applied microcontroller programming to generate the signal and control thephase shift method. the design principle is simple and easy to control. The high voltage circuitmodule is designed with switching power supply. High-voltage and signal source is loaded onthe electro-optic modulator to control light signal. The optical signal that electro-optic modulatoroutputs passes the signal receiving and processing module and is displayed on an oscilloscope.
The system described in detail the hardware design and software design of theelectro-optical modulation signal source, high voltage circuit and signal receiving and processingcircuit. The core processor of Electro-optical modulation signal source’s hardware circuit isMCU STC89C52. It adopts modular design and raises the level of integration of the circuit onthe basis of feasibility.The high voltage circuit module selected UC3842as switching powersupply’s core chip to achieve the integrated design of the system. Signal reception andprocessing module analysis and improves of the narrow-band selective frequency amplifier andchooses the cilloscope’ model.
The system simulates the various parts of the circuit, discussed the results and describes theimproved measuring system. According to the principle of electro-optical modulationmethod,basing on adjusting the corresponding waveform change, It selects voltmeter to measurethe output voltage of high voltage circuit then we can launch formula to calculate thebirefringence of the sample.
After a number of hardware and software debugging and on-site debugging The system realizes t all the features of SZY-1type measurement instrument birefraction.
针对国内电子电路发展的现状和嵌入式单片机的发展趋势，本文对SZY-1型双折射测试仪的三个骨干模块：电光调制信号源、高压电路、信号接收及处理电路进行了重新设计。其中电光调制信号源的设计应用了单片机编程产生信号并控制相移的方法，其设计原理简单，易于控制。高压电路模块应用了开关电源对其加以设计，产生的高压和信号源一块加载在电光调制器上对光信号进行控制。电光调制器输出的光信号经信号接收和处理模块后显示在示波器上。
系统对电光调制信号源、高压电路和信号接收及处理电路的硬件设计及软件设计做了详细的介绍。电光调制信号源的硬件电路以单片机STC89C52作为核心处理器，采用模块化设计，在保证可行性的基础上，提高了电路的集成度。高压电路模块选用了UC3842做为开关电源的核心芯片，实现了系统的集成化设计。信号接收和处理模块对窄带选频放大器进行了分析和改进并对所需的示波器进行了选型。
系统对各部分的电路进行了仿真，对出现的结果进行了讨论，还对改进后测量系统的测量方法进行了叙述。根据电光调制法的原理，在调节相应波形变化的基础上，用选定的电压表测出高压电路的输出电压，即可根据推出的公式计算出待测样品的双折射率。
经过多次软硬件调试和现场调试，本系统实现了SZY-1型双折射测试仪的所有功能。
Birefringence is a very important optical parameters characterizing the optical properties ofanisotropic crystals, determined by the composition of the material structure and formationconditions and other factors, and It is related to the wavelength. There are variety of methods formeasuring birefringence, one of which is electro-optical modulation method. SZY-1typemeasurement instrument birefraction is an instrument that measures the birefringence based onthe principle of electro-optic modulator. This paper studys the manual and the electricalschematic of SZY-1type measurement instrument birefraction,combines the latest electronictechnology, microcomputer technology, optical communication technology, computer technology,improves and develops a highly integrated, highly reliable measurement instrument birefraction.
According to the development situation of the domestic electronic circuits and the developtrend of embedded microcontroller,This paper redesigns measurement instrument birefraction’sthree key modules which include the electro-optical modulation signal source, high voltagecircuit, the signal receiving and processing circuit. The design of electro-optic modulation of thesignal source is applied microcontroller programming to generate the signal and control thephase shift method. the design principle is simple and easy to control. The high voltage circuitmodule is designed with switching power supply. High-voltage and signal source is loaded onthe electro-optic modulator to control light signal. The optical signal that electro-optic modulatoroutputs passes the signal receiving and processing module and is displayed on an oscilloscope.
The system described in detail the hardware design and software design of theelectro-optical modulation signal source, high voltage circuit and signal receiving and processingcircuit. The core processor of Electro-optical modulation signal source’s hardware circuit isMCU STC89C52. It adopts modular design and raises the level of integration of the circuit onthe basis of feasibility.The high voltage circuit module selected UC3842as switching powersupply’s core chip to achieve the integrated design of the system. Signal reception andprocessing module analysis and improves of the narrow-band selective frequency amplifier andchooses the cilloscope’ model.
The system simulates the various parts of the circuit, discussed the results and describes theimproved measuring system. According to the principle of electro-optical modulationmethod,basing on adjusting the corresponding waveform change, It selects voltmeter to measurethe output voltage of high voltage circuit then we can launch formula to calculate thebirefringence of the sample.
After a number of hardware and software debugging and on-site debugging The system realizes t all the features of SZY-1type measurement instrument birefraction.
引文
[1]周文平.晶体材料折射率的测量方法研究[D].曲阜师范大学.2007.
[2]潘世烈.新型硼磷酸盐非线性光学晶体的合成、生长和性质的研究[D].中国科学技术大学.2002.
[3]吕廷芬.石英晶体双折射率色散关系的高精度测量[D].曲阜师范大学.2010.
[4]蔡生景.棱镜偏光镜消光比的光谱效应[D].曲阜师范大学.2010.
[5]纪存亮.基于Michelson干涉仪及数字图像处理的CSBN晶体光学性质研究[D].山东大学.2010.
[6]许言强.精确测量晶体材料最大双折射率的方法研究[D].曲阜师范大学.2005.
[7]北京大学无线电厂,SZY-1型双折射测试仪说明书.
[8]明万林.激光旋光、双折射测试仪研制成功并通过部级鉴定[J].光学技术,1987,(5):42.
[9]上海交通大学科技产品.双折射测试仪资料.http://www.s5117.com/s5117_Product_5466139.html.
[10]中国食品科技网.WYL－4型应力双折射仪.http://www.tech-food.com/trade3/B0346917.htm.
[11]马玲，沈小丰，王杰.电光调制系统设计[J].电子工程师,2007,33(3):38-39.
[12]刘倩,王海华.位相补偿法测量双折射样品的折射率差[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2002,18(6):34-36.
[13]龚建芳,郭轶平.大中型发电机组励磁装置中的数字式脉冲移相电路[J].电气自动化,2008,30(4):72-74.
[14]杜正聪.单片机控制的相移器[J].攀枝花大学学报，2000，17（4）:80-81.
[15]任旭虎，梁锴，宋玉章.低频数字式移相信号发生器的设计[J].仪表技术与传感器，2007,(7):44-45.
[16]贾方亮,赵泳,郝立果,张锡鹃.高精度数字式移相信号发生器的研制[J].天津职业技术师范学院学报，2004,14(2):23-25.
[17]关秀丽，夏旭.基于AT90S8515的方波信号源的设计[J].长春大学学报，2009,19(6):15-18.
[18]叶爱华,赵明镜,程宜凡.基于单片机的数字移相技术[J].科技广场，2004，(8):61-62.
[19]邓仁杰，伏克峰.基于单片机同频信号移相的实现[J].计量与测试技术，2007,34(4):44-49.
[20]徐柳娟,郑文卓.数字式移相信号发生器[J].机电工程，2004,21(12):30-31.
[21]沈维聪,刘义菊.数字移相技术的分析和实现[J].电子产品世界，2001,(7):38-39.
[22]文卓然.数字式移相信号发生器设计中的一个误区[J].电子世界，2004,(5):42-43.
[23]缪晓中.一种频率可调的数字移相器设计[J].仪器仪表标准化与计量，2005,(6):30-32.
[24]赵兴亮,阮炳涛,孟昕,陈海.一种数字式移相信号发生器的设计与实现[J].自动化仪表,2007,28(2):55-57.
[25]宏晶科技.STC89C51RC/RD+系列单片机器件手册[DB/OL].http://www.mcu-memory.com/.
[26]李和平,黎福海.基于MF RC500型的RFID读写器设计[J].娄底职业技术学院学报,2007,5(1):59-62.
[27]李建波.基于STC89C52单片机的电子密码锁[J].现代电子技术，2008,(23):154-156.
[28]王杰.变磁阻式传感器在家庭防盗系统中的应用[J].计算机光盘软件与应用,2011,(7).
[29]韩维民.基于单片机的井下可燃气体检测系统设计[J].中国高新技术企业,2011,(22):24-25.
[30]郑永坤.电力系统接地线在位监测系统的研发与应用[D].山东轻工业学院.2011.
[31]张鹏飞.光伏发电自动跟踪系统的设计[D].哈尔滨理工大学.2009.
[32]孙玉梅.热定型工艺的单片机控制系统设计[D].青岛大学.2009.
[33]CD4012数据手册[EB/OL]. http://cn.alldatasheet.com/.
[34]段小虎.自激型推挽式直流变换器的“连通”现象[J].国外电子元器件,2002,(5):26-28.
[35]伍启学.开关式稳压电源（三）[J].家庭电子,2002,(12):34.
[36]贺桂芳.两种新型差动整流电路的设计[J].山东科学，2004,17(4):34-37.
[37]路秋生.开关电源技术与典型应用[M].北京市：电子工业出版社，2009：1-2.
[38]庄志义,姚蕾.论新型开关电源的应用与原理[J].城市建设理论研究，2011,(13).
[39]孙博,曹倩,张艳.信息系统中开关电源的应用及发展动向[J].信息技术与信息化,2011,(4):61-63.
[40]贾淑文.智能并联均流的DC-DC变换器研究[D].西安科技大学,2011.
[41]袁辉.基于三相降压电路的高功率因数整流器设计[D].华中科技大学,2005.
[42]郭翠萍.高性能开关电源电流型PWM比较器设计[J].电子元器件应用,2008,10(4):59-61.
[43]郝宇翀.大气压辉光放电等离子体生成装置的研究[D].北京交通大学.2010.
[44]朱俊林,刘细平,许伦辉.基于UC3842的电流控制型脉宽调制开关稳压电源的研究[J].现代电子技术,2003,(9):23-25.
[45]冀飞.高功率因数均流开关电源模块的研发[D].中国农业大学.2005.
[46]汤升庆,黄涛.基于UC3842的车用开关电源设计[J].通信电源技术.2007,24(2):55-57.
[47]姜建峰.TR高速磁浮列车升压斩波器的研究[D].西南交通大学.2005.
[48]方丰勤.DMA-48V75A开关电源模块的研制[D].天津大学.2007.
[49]胡小巨.工业振动棒变频电源的研究[D].浙江大学.2002.
[50]苏艳菊.高精度程控电源的研制[D].合肥工业大学.2008.
[51]傅钟炜.HID电子镇流的谐波抑制技术研究[D].西安石油大学.2008.
[52]王豹如.剖析有线电视网络中开关电源的UC3842原理与应用[J].科技资讯.,2011，(8):25-26.
[53]陈义怀，胡卫华，李超，史平君.关于UC3842的供电问题[J].电子元器件应用,2000,(5):32-34.
[54]胡中友.西门子高能加速器AFC系统常见故障分析及处理[J].医疗装备,2008,(9):43-44.
[55]王闯瑞,胡荣强,黄庆义,康超.反激型开关电源反馈回路的改进[J].通信电源技术,2005,22(2):42-44.
[56]张新昌.双T选频网络正弦波振荡器讨论[J].苏州丝绸工学院学,1985,(2):51-65.
[57]TL081数据手册[EB/OL].www.21ic.com.
[58]金泰阳仪器仪表采购网,数字示波器DS1000系列，http://www.8to888.com/application/cps.asp?id=4599.
[59]上海精密仪器仪表有限公司，直流数字电压表PZ-114，http://www.canytec.com.cn/product_detail.aspx?product_id=1572.
[2]潘世烈.新型硼磷酸盐非线性光学晶体的合成、生长和性质的研究[D].中国科学技术大学.2002.
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[17]关秀丽，夏旭.基于AT90S8515的方波信号源的设计[J].长春大学学报，2009,19(6):15-18.
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