凝聚核粒子计数器原理与实验研究

针对环境中纳米量级颗粒物浓度检测问题,对凝聚核粒子计数器进行了研究与设计。首先对凝聚核粒子生长原理及检测原理进行了研究,并依据异质核化原理设计了凝聚核粒子计数器的生长装置;其次设计了传感器后级信号处理电路用于解决微弱粒子检测信号抗干扰能力差和测量困难问题;然后设计了基于抗饱和积分PID的控制系统,实现了采样流量的闭环控;最后制研制了凝聚核粒子计数器样机,并开展了流量控制、纳米量级粒子生长及计数实验。实验结果表明,设计的凝聚核粒子计数器,流量稳定性在2%以内,以TSI3772型凝聚核粒子计数器为标准仪器的计数相对误差在±8.5%以内,满足了行业规范要求。

分解法设计计数器电路分析与仿真

用分解法设计72进制计数器并进行仿真时,数码管状态理论上显示09、19、19、29、39、49、59、69时,却显示19、29、39、49、59、69、79。针对这类错误,在Multisim14.0中对电路进行仿真,用逻辑分析仪对计数器输入输出波形分析后,发现高位计数器接收到的触发信号传输速度快于低位计数器接收到的触发信号,导致高位计数器74LS160先接收到触发信号,使计数状态发生变化,而低位计数器74LS160的状态变化滞后。为解决此类错误,在高位触发信号传输线路中引入与非门或延迟器,延迟高位触发信号的传输时间,使低位计数器接收到的触发信号快于高位触发器的触发信号,低位计数器状态变化快于高位计数器状态的变化。由电路仿真结果来看,由于与非门不能控制延迟时长,无法保证高位信号的延迟时间;延迟器可根据低位触发信号的脉冲频率来设置延迟时间,可有效保证低位触发信号传输速度快于高位触发信号传输速度,从而解决分解法设计计数器时所存在的这一问题。

基于微型平面线圈的微颗粒识别计数传感器

针对基于光学或荧光传感原理开发的微颗粒计数常规技术存在需对样品预处理、无法实时检测或无法精确识别微颗粒大小等问题,基于电磁感应原理,采用微型平面线圈提出了一种微颗粒识别计数传感器,可在无需预处理的情况下对不同材质及尺寸的微颗粒进行精确识别与实时计数,实验选用了钢、铜及铝3种材质及粒径范围为250~1000μm的金属微球进行测试,检测结果表明,开发的微颗粒计数传感器具有精确识别与计数能力。有望为细胞定量封装、药物定量输送、工业微颗粒检测等应用提供一种新的技术方案。

尘埃粒子计数器计数效率检测研究

尘埃粒子计数器是洁净室等级监测的关键仪器,计数效率是核心性能指标,针对新版GB/T 25915.1-2021要求,使用标准聚苯乙烯微球按GB/T29024.4实施检测,粒径档设定误差不超过±10%,0.3μm计数效率48%,0.5μm计数效率92%,结果表明计数效率和粒径档设定误差、计数重合损失密切相关,在粒径档设定误差不超过±10%,且检测浓度点不大于最大颗粒计数浓度的25%时,尘埃粒子的计数效率测试结果比较理想。

基于计数器的频标自动检定系统设计

为提高频率测量标准的可靠性,利用铯原子频标、分频器、计数器等设备组成测量装置,设计了基于计数器的频标自动检定软件。给出了一种GNSS驯服铷频标的锁定方法,以及频标在长时间运行时准确度的使用方法。通过实验验证了软件功能,实现了频标的自动检定。

亚微米液体颗粒计数器的关键技术研究及应用

亚微米液体颗粒计数器是一种应用于半导体、电子等领域进行超纯水、超净液体的颗粒污染程度检测的主要仪器。基于光散射原理,采用半导体激光器作为光源,以雪崩光电二极管作为光电转换元件,以比较器实现颗粒物粒径的甄别,以计数芯片实现单个粒径颗粒的统计,以嵌入式芯片实现不同粒径颗粒的统计,开发了一种可实现检测液体中0.2μm粒径的不溶性颗粒计数器,并通过测试纯水、光刻胶等溶剂与进口检测仪器相比误差<1%,达到替代进口的目的,实现高端颗粒计数仪器的国产化。

基于MFC和OpenCV的图像显示与图像保存的实现

开源计算机视觉类库OpenCV作为计算机视觉和图像处理方面的开发工具功能强大、应用广泛,它在实际应用中有无可比拟的优势,具体表现为开放的C/C++源码、统一的结构和功能定义、强大的图像和矩阵运算能力等等。本文基于OpenCV的优势,在MFC的工作环境下,通过OpenCV的安装与配置,成功完成一副图像的显示与图像的保存。

基于Unet++分割模型的全自动高通量菌落计数仪

目的:研制满足检验检测机构管理体系要求和实验室LIMS系统应用的全自动高通量菌落计数仪。方法:采用GigE工业相机、可变镜头和多光源组合照明系统进行菌落图像的连续采集,并采用Unet++分割模型进行图像识别处理和菌落计数。结果:该菌落计数仪完成1个平板的图像采集仅需38 s,采集效率较高;完成1个平板的图像传输和菌落识别计数整个过程仅需3~5 s,数据处理速度快且传输性能好;计数结果与现行标准要求的计数方法相比误差<8%,准确率高;具有结果重复性好等特点,同时实现了菌落总数检测原始数据的自动化处理。结论:该设备不仅能高通量进行图像采集,自动进行图像处理和菌落计数,还可实现与实验室LIMS系统的融合,有效提高工作效率,而且能确保数据的溯源性,减轻试验人员工作强度,满足菌落总数计数方法的误差要求。

使用感应电荷位敏阳极的极紫外单光子计数成像系统

研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机,该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5mm,有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm),满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。

电容式薄膜计数器

在日常生活中,大多数时候都需要获得特定数量的薄膜,或是需要得知一叠薄膜的数量,在传统模式下,如若逐张计数,则会造成效率低下,同时通过人力计数薄膜数量出现误差的概率较高。因此我们团队为此设计一个基于电容与薄膜数量之间存在特定关系的电容式薄膜计数器,通过FDC2214与STM32进行数据采集与处理,准确与高效的获取薄膜数量。

压缩传感用于极弱光计数成像

为解决灵敏度达到单光子水平的面阵探测器件其单位像素上灵敏度有限和测量数多等问题,研制了具有极高灵敏度的成像系统来实现欠采样的极弱光成像探测。该成像系统基于光子计数成像技术和压缩感知理论,利用数字微镜器件(DMD)完成随机空间光调制,通过单光子点探测器收集光子,以计数形式记录下光强值。然后,利用算法重建出极弱光照明下的图像。文中设计了相关实验,研究了测量数、光强极弱程度和测量时间对成像质量的影响。最后,引入了图像质量评价标准和系统信噪比,分析对比了实验数据。结果表明,当测量数高于信号总维度的19.5%时,系统能完美成像,信噪比可低至2.843 8dB,DMD单位像素上的平均光子数可低于1.106count/s,成像的关键在于信号的波动大于噪声的波动。该成像系统基本满足了极弱光成像探测在光强、灵敏度和采样数等方面的要求。

基于图象处理的棒材自动计数技术

利用面阵 CCD摄象机采集打捆后棒材的端面图象 ,通过合适的阈值将灰度图象转换成二值图象 ,以消除棒材图象区域中由于油污造成的孔洞和棒材区域间的粘连现象。根据距离变换思想 ,提出了图象距离概念 ,通过计算并比较棒材区域各象素点的图象距离 ,确定了各根棒材的中心 ,从而实现了从图象中自动计算棒材的数目。对现场采集到的图象进行试验 。

迈克尔逊干涉仪自动计数器的设计

在大学物理实验教学中,迈克尔逊干涉实验是经典光学实验之一。在实验中,实验人员需要人工计算快速变化的干涉条纹,很容易增加实验误差。本文基于单片机设计了自动计数装置,以单片机AT89C51为核心,以光信号采集电路和运算放大x???电ê\路为主要硬件模块进行硬件设计,辅以软件设计,实现自动计数功能。该装置通过将干涉条纹圆心处的明暗变化转换为脉冲信号,并通过记录脉冲数来实现干涉条纹变化的自动计数。装置可以减小测量误差,提高实验数据的准确性,提高教学效率。

手持SMT元件料带计数器设计

针对SMT贴片元件计数器的需求广泛、成本较高、使用普及程度较低的问题,采用低成本、PCB印制电路板组建机械结构的方式设计SMT元件的计数传感器,结合STC单片机构成控制器进行数据的处理和分析,并在0.91寸OLED液晶屏上显示其计数值。为满足使用方便、易于携带和使用的需求,特增加锂电池充电电路、升降压电路、开关机电路,使其便于手持使用。该装置设计巧妙,准确性强,可用于SMT贴片元器件的散料的快速计数、分配,可极大地缩短元器件售卖及领取环节中贴片元件配单、清点的时间,尤其在学校实训课程中元器件的领用、分发具有很强的适用性。

多像素光子计数器在单光子探测中的应用

为提高多像素光子计数器(MPPC)的光子探测效率,量子效率和动态探测范围,研究了MPPC的光子探测性能,特别是光子分辨能力。以MPPC作为光子探测器件,采用半导体制冷降噪技术及信号外触发技术将其温度稳定在15℃,暗噪声降低为6.5×10-4count/pulse;采用统计学方法,利用泊松分布拟合MPPC输出信号。结果显示,衰减后的入射脉冲光强分布符合泊松分布的特性。根据MPPC的光子探测效率,分析计算出MPPC的能量分辨率;综合脉冲分布特性及能量分辨率,得出了入射到MPPC上的光脉冲能量的平均值。实验结果表明,MPPC在532nm波长下,能量分辨率为1.96×10-18 J;不同衰减倍率下,入射到MPPC的光脉冲平均光子数分别为1.665和4.201;显示MPPC具有光子分辨能力,适用于大动态范围的弱光探测。

楔条形阳极光子计数探测器成像性能的检测

基于楔条形位置灵敏阳极的光子计数成像探测器能够记录入射的单光子或带电粒子位置信息,因而能够在极低的照明条件下实现目标的二维成像。本文研制了一套WSA光子计数成像探测器样机,介绍了它的设计结构及工作原理;分析了这类探测器的图像畸变产生的原因,提出了校正图像畸变的方法,并得到了无畸变的图像。以美国空军标准分辨率检测板(USAF1951)为目标进行了分辨率检测,采集的检测图像显示人的裸眼能分辨出检测板的第2组第6单元条纹。最后,为了消除人眼观测的主观性,通过计算探测器对该单元条纹的成像调制度来确保检测结果的准确性。计算结果显示探测器对该单元条纹的水平、垂直方向成像调制度分别为57%和37%。这一结果表明研制的探测器完全能够分辨该单元条纹,对应的分辨率为7.13lp/mm,即探测器空间分辨率达到了0.14mm。

LED光源光学粒子计数器的研制

为了提高光学粒子计数器的测量性能,克服白炽灯和激光作光源带来的缺点,研制了一台光学粒子计数器。基于Mie散射原理测量粒子的粒径,以发光强度高、发光波长宽的LED为光源,具有白炽灯和激光作光源无法达到的使用寿命长和响应曲线单调的优点。与浊度计测量结果对比表明:该仪器的测量误差在15%以内,测量结果合理。由于该仪器光源使用寿命是白炽灯的60倍,可以根据需要对测量粒径任意分道,所以该仪器适用于测量和研究大气气溶胶粒子谱分布。

光子计数探测器感应位敏阳极的电子云扩散

针对基于感应位敏阳极的光子计数成像探测器中非晶态Ge(α-Ge)膜的方块电阻对探测器成像性能的影响,研究了方块电阻的选配范围和方法。由于方块电阻的大小会影响Ge膜上的电子云的扩散特性从而影响探测器的计数率和分辨率,故本文根据菲克(Fick)扩散定律分析了吸收边界条件下非晶态薄膜上电子云的扩散特性。确定了电子云扩散时间与Ge膜方块电阻之间的数学关系,推导获得了探测器高质量成像时非晶态Ge膜方块电阻的阻值为30～2 700MΩ/□。采用具有不同方块电阻的感应位敏阳极进行了实际成像实验,结果表明:当Ge膜方块电阻在上述范围时,光子计数探测器在计数率为53kc/s时分辨率可以达到0.5mm。实验结果证明了推导得出的方块电阻选配范围的正确性。

基于卫星共视的远程时间频率校准系统

随着北斗卫星导航系统的投入运行,基于北斗卫星的远程时间频率比对成为可能。国家授时中心基于北斗卫星共视时间比对方法,搭建了一套远程时间频率校准系统,由远程时间比对基准终端、远程时间比对校准终端和数据分析处理中心组成,可在远程恢复出UTC(NTSC)的时间频率信号。远程时间比对基准终端测量UTC(NTSC)与北斗卫星钟的钟差;远程时间比对校准终端测量本地原子钟与北斗卫星钟的钟差,并在本地驾驭生成与UTC(NTSC)同步的时频信号;数据分析处理中心处理来自远程时间比对基准终端和远程时间比对校准终端的数据。该系统摒弃了传统的不连续观测方法,以10 min作为1个观测周期,实现了时间频率的连续比对。试验结果表明,该系统配送UTC(NTSC)的不确定度为3.74 ns,配送信号的频率天稳定度达到1.97E-14。

基于PLC高速计数器的转速检测系统设计

介绍了西门子S7-200PLC高速计数器在高速旋转设备转速检测中的应用,论述了该 转速检测系统的硬件组成和软件设计。实践表明,采用高速计数器检测高速旋转设备的转速具有 很高的精度和很好的实时性。