文档介绍：中国科学院合肥物质科学研究院
硕士学位论文
傅立叶变换红外光谱仪信号检测与伺服控制系统设计
姓名:陈华
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:陆亦怀
20070501
摘要对应关系,通过测量干涉图并对干涉图进行傅立叶积分变换的方法来测定和研究光谱图。由于其多通道、高通量、高信噪比和高分辨率等优点,光谱仪已本文主要设计光谱仪的信号检测系统和伺服控制系统。通过分析系统在激光和白光辅助干涉仪的配合下,采用单片机作为误差测量系统,在单片机内部实现惴ǹ刂疲⑼ü鼶;恍酒刂乒β史糯蟮缏防辞羧Φ机,实现对干涉仪的控制。速度控制精度达ィ蟠筇岣吡撕焱馕展馄椎信噪比,满足光谱仪对干涉仪的运动要求。关键词:光谱仪,伺服控制,峰值检波,刂疲テ珹杉傅立叶变换红外韵录虺艶光谱方法是利用干涉图和光谱图之间的经成为物质定性鉴别和定量分析中应用最为广泛的仪器。为此,我们自主研制了光谱仪,为进一步将光谱方法应用于环境与污染气体监测提供技术支持和硬件保障。光谱仪的基本原理和系统结构,并调研相关文献,本文确定了基于电压型前置放大电路和过零比较电路的激光干涉信号检测系统、基于带电阻反馈的跨导放大电路和峰值保持比较电路的白光干涉信号检测系统以及基于低噪声前置放大电路和手动增益调节电路的红外干涉信号检测系统。白光干涉信号检测系统可以准确检测出零光程差位置所对应的激光干涉脉冲,实现精确的位置定位;红外干涉信号检测系统可以有效检测红外干涉信号,并具有增益调节功能。此外本文还确定了基于单片机和转换芯片的伺服控制系统。该伺服控制最后本文还编写了部分采集程序,通过采集激光干涉信号和白光干涉信号并对其进行分析,验证该系统具有较好的稳定性和可靠性。
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第一章绪论红外光谱仪的发展大致经历了五个阶段。世纪年代后期,出现了第一台近红外光谱仪,它的分光系统是滤光片分光系统,测量样品必须预先干燥,使其水分含量小于%,然后磨碎,使其粒径小于撩祝僮把烦亍4死嘁瞧时间连续使用容易磨损,影响波长的精度和重现性,不适合作为过程分析仪器使年代中期,开始应用二极管阵列技术,这种近红外光谱仪采用固定光栅调制即通过超声射频的变化实现光谱扫描,光学系统无移动性部件,波长切换快、重现性好,程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性,尤其是外红外光谱技术的发展及重要意义只能在单一或少数几个波长下测定,灵活性差,而且波长稳定性、重现性差,如果样品的基体发生变化,往往会引起较大的测量误差。年代中期至年代,开始应用光栅扫描分光系统,但存在以下不足:扫描速度慢,波长重现性差,内部移动部件多。此外,光栅或反光镜的机械轴承长用。年代中后期至年代中前期,应用“迈克尔逊干涉仪”分光系统,但是由于干涉仪中动镜的存在,仪器的在线检测可靠性受到限制。此外,当时的价格也比较昂贵。扫描方式,仪器的波长范围和分辨率有限,波长通常不超过。此外,该波段检测到的主要是样品的三级和四级倍频,样品的摩尔吸收系数较低,因而需要的光程往往比较长。年代末,采用“声光可调滤光器”虺艫技术。是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件,与通常的单色器相比,采用声光部防尘和内置的温、湿度集成控制装置,大大提高了仪器的环境适应性,加之全固态集成设计有优异的避震性能,使其近年来在工业在线和现场分析中得到越来越广泛的应用。但是目前,其分光能力不高,且价格昂贵【俊这几种测试技术在气体、液体、固体、半固体样品分析中都有应用,具体应用时应根据实际测试要求和样品来选择,并不是每一种测试技术都可以满足所有样品的测试。根据相关文献和部分仪器生产商的介绍资料综合考察,基于迈克尔
得到进一步提高,价格也大幅度降低。获得光谱图。第二次突破性发展是在二十世纪年代中期,即快速傅立叶变换虺艶惴ǖ某鱿帧算法发现以前,采用常规的傅立叶变换算法完成一个较高分辨率的变换光谱的运算,即使是当时最大型的电子计算机也需要几个较低分辨率的光谱,甚至只需要几秒钟的时间。这一计算方法的发现和推广为后据处理技术,虽然,随着计算机技术的发展,所谓的专用机技术已经显得“过时”,在应用方面,光谱技术作为红外波段最有效的光谱检测方法已经广泛应用于物理、化学、生物以及医药的基本研究和检测;