AOTF型红外光谱仪快速探测关键技术研究

发布时间：2017-10-02 11:25

  本文关键词：AOTF型红外光谱仪快速探测关键技术研究

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【摘要】：近年来,由于AOTF(acousto-optic turnable filter)型红外光谱仪具备灵活,轻巧,便于在线分析等特点,在农业、食品检测、土壤分析、水质检测等领域得到了越来越广泛的应用。光谱分析技术的进一步发展,客观上需要所获光谱数据具备高光谱分辨率,高信噪比的同时,达到更高的时间分辨率。但是,AOTF采用时间序列多点扫描采样探测,其获取速度既取决于光谱扫描采样点的多少,又取决于单点光谱采样的速度。其中,AOTF型光谱仪的光谱采样极限速度与声光器件的声光电传输响应速度(微秒量级)有关,但现有技术主要受限于光电探测采样速度,特别是信号采样速度。AOTF型红外光谱仪电路设计方法一般采用锁相放大电路,该设计方法信噪比高,性能稳定,技术也比较成熟,单点采样速率为百毫秒量级.锁相电路的原理是先把信号调制成一个具有特定频率的交流信号,然后使用多级滤波电路将噪声滤除,然后经过解调制得到可供采集的目标信号。这种将信号调制然后再解调的方法限制了整个系统的采样速率,因而很难进一步提高。本文基于AOTF型光谱仪特性,面向光谱分析技术对光谱采样速度的进一步追求,采用了一种积分型消噪放大采集系统。该系统的特点在于使用了一个可编程精密低噪声积分器,通过控制积分器所附的两个编程开关的闭合时间实现对积分时间的控制,从而达到放大信号的目的,有效地提高速度。在电路调试及测试基础上,完成实验装置的构建及实验,通过对同一信号强度不同积分时间下以及不同信号强度固定积分时间下进行数据采集试验及数据分析,试验表明该电路方便快捷、可控性好,能够保证对微弱信号的高灵敏度探测的前提下提高采样速度,具有潜在的工程应用价值。
【关键词】：AOTF红外光谱仪 采样速度 信噪比 精密低噪声
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 光谱仪的发展史9-14
• 1.1.2 滤光片型9-11
• 1.1.3 光栅型11-12
• 1.1.4 傅里叶变换型12-13
• 1.1.5 声光可调谐滤波器型13-14
• 1.2 AOTF的发展史及其应用14-16
• 1.3 国内研究进展16-18
• 1.4 国外研究进展18-19
• 1.5 论文的主要内容19-21
• 2 声光可调谐滤光器及其射频驱动设计21-36
• 2.1 AOTF的分光原理21-23
• 2.2 声光可调谐滤波器器件23-25
• 2.3 射频驱动设计25-36
• 3 光谱探测系统设计和实现36-66
• 3.1 光电探测器36-38
• 3.2 基于锁相的高信噪比电路设计38-51
• 3.2.1 互阻抗I/V转换38-44
• 3.2.3 锁相电路设计44
• 3.2.4 窄带滤波44-46
• 3.2.5 锁相放大46-51
• 3.3 本系统精密低噪声放大模块51-54
• 3.3.1 工作原理及主要特点51-52
• 3.3.2 主要使用方法52-54
• 3.4 采样电路及其通信电路54-56
• 3.4.1 采样电路的设计54-56
• 3.4.2 通信电路设计56
• 3.5 软件系统设计56-61
• 3.5.1 上位机软件56-59
• 3.5.2 下位机软件59-60
• 3.5.3 通讯协议60-61
• 3.6 电源模块61-63
• 3.7 系统光谱定标63-66
• 4 实验与结论66-74
• 4.1 实验数据分析67-71
• 4.2 两种电路设计的比较71-74
• 5 总结和展望74-76
• 5.1 研究总结74-75
• 5.2 未来展望75-76
• 参考文献76-79
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果79

【参考文献】

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本文编号：959360