基于MOEMS的微型傅里叶变换光谱仪信号解调研究

发布时间：2017-05-13 18:23

  本文关键词：基于MOEMS的微型傅里叶变换光谱仪信号解调研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，食品安全问题频发，亟需发展一种微型便携、成本低廉、在线快速的食品安全检测仪器。傅里叶变换光谱仪，作为光谱检测家族中重要一员，具有多通道、辐射通量大、杂散光低、波数准确、精度高等优点，不仅能够获得全波段光谱，而且在红外波段的微弱辐射信号检测优势独显，在食品安全检测领域具有广阔的应用前景。便携微型化是近年来光谱仪发展的趋势，但同时也要控制仪器成本。MOEMS(Micro-opto-electro-mechanical System，微光机电系统)技术为仪器的微型化提供了技术支撑，也使基于MOEMS技术的微型傅里叶变换光谱仪得以发展并成为研究热点。 本文提出一种基于可编程微镜阵列的新型傅里叶变换光谱仪，该光谱仪系统采用多级阶梯镜或倾斜反射镜替代传统傅里叶变换光谱仪中的扫描镜，产生连续光程差，获得稳定干涉条纹，摒弃了复杂的扫描镜控制系统，使系统的稳定性更好、结构紧凑；结合微镜阵列翻转和单点探测器采集干涉光强，能降低仪器成本。干涉条纹的生成是无需扫描镜，空间相关；干涉强度是利用单点探测器采集，时间相关。该新型光谱仪结构是空间调制型和时间调制型相结合的。 本文首先阐述了新型傅里叶变换光谱仪系统原理，提出了利用多级阶梯镜来替代传统扫描镜的思想，进行了理论演绎；考虑到阶梯镜的加工难度，文中确定倾斜反射镜替代扫描镜，建立对应的理论干涉模型，进而分析了倾斜反射镜替代阶梯镜时的系统结构原理，进行了仿真验证，并对倾斜反射镜的倾角容限范围进行了分析；结果表明，空间调制和时间调制相结合的新型傅里叶变换光谱仪，在近红外区域，反射镜倾角理论最大值为0.52°，波长分辨率达到8nm；在可见光区域，反射镜倾角理论最大值约0.183°，波长分辨率达到3nm；最后概要介绍了系统主要组成部分和分析了系统性能特点。 根据光谱系统原理，实现硬件电路的总体设计，，具体包括光电检测放大电路，数据采集电路等；其次对傅里叶变换红外光谱处理技术、定量模型、模型传递算法进行介绍，并进行了实验验证；最后搭建了实验系统，完成程序固化调试，进行了相应的关键电路测试和系统联调实验，验证设计正确性；进行激光光谱探测实验，实现了对干涉图进行了采集和还原。
【关键词】：傅里叶变换光谱仪 MOEMS 空间调制 时间调制 光谱处理
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH744.1;O438.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.2 傅里叶变换光谱仪国内外的发展现状10-17
• 1.2.1 时间调制型10-14
• 1.2.2 空间调制型14-17
• 1.3 本课题研究意义17-18
• 1.4 论文主要内容18
• 1.5 本章小结18-20
• 2 基于 MOEMS 的新型傅里叶变换光谱仪原理分析20-36
• 2.1 傅里叶变换红外光谱学的基本原理20-22
• 2.2 MOEMS 相关发展状况22-24
• 2.3 新型傅里叶变换光谱仪工作原理24-27
• 2.4 倾斜镜代替阶梯镜的干涉模型和理论分析27-34
• 2.4.1 可编程 MEMS 微镜阵列的光学性质29-31
• 2.4.2 倾斜反射镜的倾斜容限分析31-33
• 2.4.3 干涉图的空间采样33-34
• 2.4.4 系统性能特点分析34
• 2.5 干涉图的处理34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 3 新型傅里叶变换光谱仪系统设计36-52
• 3.1 光谱系统系统构成36
• 3.2 光学设计36-39
• 3.2.1 系统光源选取36-37
• 3.2.2 干涉具设计37-38
• 3.2.3 准直系统光学设计38-39
• 3.3 电路硬件设计39-51
• 3.3.1 微处理器选择-Microchip 单片机40-41
• 3.3.2 微弱光信号检测放大电路设计41-49
• 3.3.3 数据通信模块49-50
• 3.3.4 电源模块设计50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 傅里叶变换红外光谱数据处理52-62
• 4.1 基 2-傅里叶数字变换52-53
• 4.2 傅里叶变换红外光谱表示方法53-54
• 4.3 傅里叶变换光谱的预处理54-56
• 4.4 光谱预测校正模型56-59
• 4.4.1 定量模型57-58
• 4.4.2 模型传递研究58-59
• 4.4.3 模型评价59
• 4.5 本章小结59-62
• 5 系统实验与分析62-78
• 5.1 光电探测电路性能测试62-64
• 5.2 光谱处理算法有效性验证64-69
• 5.2.1 定量模型-PLS 校正验证64-66
• 5.2.2 模型传递66-69
• 5.3 光谱系统搭建与实验69-77
• 5.3.1 光源卤钨灯69-70
• 5.3.2 准直系统测试70-73
• 5.3.3 倾斜反射镜倾斜容限验证实验分析73-75
• 5.3.4 光谱系统测试实验75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 6 结论总结与研究展望78-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-86
• 附录86
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 左玉华,毛容伟,王良臣,余金中,王启明;1.55μm MOEMS可调谐光滤波器调谐性能模拟[J];光子学报;2005年04期

2 陈殿伟,才殿文,杨海英;光集成器件和MOEMS中硅基衍射器件的研究[J];大学物理实验;2004年03期

3 ;MOEMS测辐射热仪提供了一种新的光学技术来测量气体含量[J];光电子技术与信息;2002年03期

4 赵华君;袁代蓉;段利华;;基于MOEMS技术光开关的研究与进展[J];重庆文理学院学报(自然科学版);2007年06期

5 陈君;;基于MOEMS技术光开关及控制系统研究[J];黄石理工学院学报;2009年06期

6 安飞;苑伟政;乔大勇;秦冲;;微型可编程光栅光谱模拟特性及其应用研究[J];传感技术学报;2006年05期

7 马广鹏;陈才和;唐东林;崔宇明;;高质量简谐振子的研制[J];传感技术学报;2006年02期

8 徐宁;李若梅;涂兴华;梁忠诚;;基于微流控技术新型光开关器件设计[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2009年02期

9 李超;王剑;陈才和;许海东;;光电集成加速度地震检波器及其信号处理系统[J];科学技术与工程;2007年19期

10 孙东明,董玮,郭文滨,刘彩霞,王国东,徐宝琨,陈维友;MOEMS倾斜下电极光开关的空气压膜阻尼效应[J];吉林大学学报(理学版);2005年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈非凡;李云龙;殷玲;乔力争;;基于MOEMS的微型可编程相位光栅原理性实验研究[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集（上）[C];2001年

2 陈四海;潘峰;付小朝;柯才军;汪殿民;向思桦;赖建军;易新建;;基于MOEMS工艺制作柔性光学传感器[A];2004全国图像传感器技术学术交流会议论文集[C];2004年

3 明安杰;梁静秋;董玮;陈维友;王立军;王维彪;;基于MOEMS的自由空间8×8光开关相关技术研究[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议（OFCIO’2003）论文集[C];2003年

4 鞠挥;吴一辉;;光谱仪的微小型化[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集（下）[C];2001年

5 闭阗;;用于光网络的微光机电系统制作技术及进展[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议（OFCIO’2001）论文集[C];2001年

6 陈非凡;殷玲;;微型可编程相位光栅结构设计及有限元分析[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集（上）[C];2001年

7 马宏;陈四海;王明;赖建军;易新建;;基于微F-P腔阵列可调谐滤波器的超光谱成像技术[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第三届学术会议论文集[C];2006年

8 陈四海;向思桦;董珊;马冬新;赖建军;易新建;;用于高分辨率成像系统的微型灵巧扫描器研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第三届学术会议论文集[C];2006年

9 梁静秋;赵莉娜;董玮;明安杰;兰卫华;张军;金霞;王维彪;乐孜纯;陈维友;王立军;;二维MOEMS阵列光开关的封装技术研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

10 黄腾超;沈亦兵;陈海星;娄迪;侯西云;;应用于MOEMS器件的K9玻璃湿法刻蚀工艺的研究[A];2004年光学仪器研讨会论文集[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者　王有佳;我科学家为光谱仪“提速”6000倍[N];人民日报;2006年

2 高钒;美国：造出廉价光谱仪　女中学生捧大奖[N];新华每日电讯;2007年

3 通讯员　 周晔 记者　 李雪林;0.1秒干完10分钟的活[N];文汇报;2007年

4 记者　 唐烨;光的“捕手”：0.1秒绘光谱[N];解放日报;2006年

5 ;3010型微波等离子体炬全谱仪[N];科技日报;2006年

6 胡胜友;华裔科学家发现新行星[N];大众科技报;2006年

7 本报记者　 朱广菁 本报特约记者 周 琳;王绶t/“自省平生有三愧”（四）[N];大众科技报;2006年

8 记者 张孟军;“恩克拉多斯”：人类寻找生命的地方[N];科技日报;2005年

9 郭明波;来自蝙蝠的启发[N];北京科技报;2001年

10 本报记者 李波 赵伟;长春光电信息产业——牵半世情缘 建雄厚基业[N];长春日报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵双双;微光学集成的高精度MOEMS加速度传感器研究[D];浙江大学;2013年

2 罗彪;面向近红外微型光谱仪的MOEMS扫描光栅微镜关键技术研究[D];重庆大学;2012年

3 张智海;基于MOEMS技术的光栅平动式光调制器阵列若干关键技术研究[D];重庆大学;2008年

4 吴宇;微纳光纤环MOEMS加速度传感器理论与应用研究[D];浙江大学;2008年

5 吴波;硅微光机械加速度地震检波器理论与实验研究[D];天津大学;2005年

6 梁静秋;微光机电器件及其关键技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2003年

7 王波;可见—近红外微型空间调制光谱仪关键技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2010年

8 蒋冰莉;MOEMS声传感技术及低频声传播特性研究[D];华中科技大学;2011年

9 陈友华;遥测用多次反射式弹光调制傅里叶变换光谱技术研究[D];中北大学;2013年

10 余峗;浅海低频声场干涉结构及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘波;基于MOEMS的微型傅里叶变换光谱仪信号解调研究[D];重庆大学;2013年

2 钱蓉蓉;集成角度传感器的MOEMS扫描微镜研究[D];重庆大学;2011年

3 王伟;面向微型光谱仪的MOEMS光栅光调制器研究[D];重庆大学;2011年

4 潘建旋;基于（100）硅片的MOEMS光开关的研制[D];吉林大学;2005年

5 王小斌;MOEMS三分量加速度地震检波装置中的多变量系统解耦研究[D];河南理工大学;2011年

6 兰卫华;MOEMS光开关阵列芯片的研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2005年

7 王丹;MOEMS阵列光开关的制作与性能测试[D];吉林大学;2006年

8 袁玉俊;MOEMS器件表面热变形及振动对星间光通信链路的影响[D];电子科技大学;2009年

9 李亚林;光纤MOEMS压力传感器可行性研究[D];燕山大学;2012年

10 曹晓健;基于MOEMS光开关的光纤实时延迟线设计与实现方法研究[D];南京理工大学;2013年

  本文关键词：基于MOEMS的微型傅里叶变换光谱仪信号解调研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：363318