宽光谱高分辨率二维光谱信号探测系统设计

发布时间：2019-07-24 06:13

【摘要】：物质的目标特性等精细化识别中,要求光谱仪具有高分辨率和宽光谱工作范围。宽光谱高分辨率光路对探测系统的灵敏度、分辨率、动态范围、信噪比等提出了更高的要求,一般的探测系统无法满足。本文针对宽光谱范围高分辨率的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路对二维光谱的探测需求,分析了探测器与光路系统的匹配关系,设计了具有高灵敏度、低噪声等特点的二维光谱探测系统。本论文主要完成了以下工作:(1)根据光谱的探测需求,完成了光谱信号探测系统的总体方案设计:包括总体探测器的选型原则、单元功能设计、主要技术参数、光学系统的匹配要求等。(2)完成了探测系统硬件设计与调试:硬件电路系统主要包括主控单元、探测器驱动单元、信号处理单元、数据存储单元以及数据传输单元等主要模块。在信号处理单元,为了消除噪声,本文提出了时序相关双采样方法,该方法具有精度高、动态范围大等的优点。(3)完成了探测系统软件设计与调试:探测系统的软件包括上位机软件和下位机软件,两者相互配合,实现了人机交互控制。上位机软件是在Visual Studio平台上开发的,主要功能有:发送控制命令、接收处理数据、存储数据、成像以及图像处理等。下位机软件是在USB固件编程框架的基础上完成的,其主要作用是接收上位机的控制命令并执行,达到控制硬件电路系统的目的。(4)根据二维谱图产生原理,完成了一种谱图标定算法:CCD探测到的谱图与理想谱图在位置和强度上有所偏差,本文提出了谱图标定算法,并完成了标定软件的编写。(5)进行实验,并分析结果:在白光和Hg光条件下分别进行实验,对测得的谱图进行分析与标定。实验结果表明,探测系统能够正确采集光谱图像。对实验数据进行分析,标定算法的精确度达到10~(-5)数量级。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.1

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