【摘要】：拉曼光譜技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展已經(jīng)成為一門比較成熟的技術(shù),它依靠自已獨(dú)特的優(yōu)勢目前已被廣泛應(yīng)用于物質(zhì)鑒定與分子結(jié)構(gòu)研究等相關(guān)領(lǐng)域中。在實(shí)際應(yīng)用中拉曼光譜信號通常十分微弱,常見的檢測手段往往不能達(dá)到檢測靈敏度要求,在這一關(guān)鍵問題上科學(xué)家們提出了許多解決方法,出現(xiàn)了一系列拉曼光譜增強(qiáng)技術(shù),例如共振拉曼光譜技術(shù)和表面增強(qiáng)光譜技術(shù)等,這些方法有效地增強(qiáng)了拉曼光譜信號的強(qiáng)度,從而很好提高了檢測靈敏度。雖然目前在拉曼光譜信號強(qiáng)度增強(qiáng)方面已經(jīng)取得成功,但是直接檢測微弱的拉曼光譜信號卻很少被嘗試。隨著微弱信號檢測理論和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟,微弱信號檢測水平有了很大的進(jìn)步,這也為拉曼光譜信號檢測靈敏度提高提供了新的思路。在微弱信號檢測領(lǐng)域,鎖相放大器是一個非常有代表性的產(chǎn)品。鎖相放大器以相關(guān)檢測為理論基礎(chǔ),利用參考信號與待測信號相關(guān)性強(qiáng),與噪聲信號相關(guān)性弱的特點(diǎn),將信號從大量背景噪聲中檢測出來。最初鎖相放大器都是由模擬器件構(gòu)成,而模擬器件往往存在固有的溫漂、容差等缺陷,隨著數(shù)字信號處理技術(shù)以及高性能的數(shù)字信號處理硬件的逐漸普及和應(yīng)用,鎖相放大算法都可以利用數(shù)字信號處理技術(shù)來完成,數(shù)字鎖相放大器逐漸取代了傳統(tǒng)模擬鎖相放大器成為主流。本論文綜合考慮了拉曼光譜與鎖相放大技術(shù)的需求和技術(shù)特點(diǎn),利用數(shù)字信號處理硬件設(shè)計(jì)了一套數(shù)字鎖相放大系統(tǒng),并將其應(yīng)用于拉曼光譜信號檢測中,來提高拉曼信號檢測的精度。在論文結(jié)構(gòu)上,首先介紹拉曼光譜技術(shù)、鎖相放大器的相關(guān)知識背景,從而提出了使用鎖相放大器來解決拉曼光譜信號檢測的方案,針對方案本論文設(shè)計(jì)了一套基于dsPIC33FJ256GP710 DSC的數(shù)字鎖相放大器系統(tǒng),在硬件部分主要介紹了激勵信號產(chǎn)生模塊、模擬電路模塊、數(shù)字系統(tǒng)模塊以及上位機(jī)模塊四個主要部分的設(shè)計(jì)；在軟件部分主要由DSC程序設(shè)計(jì)和PC上位機(jī)程序設(shè)計(jì)兩個部分構(gòu)成,詳細(xì)介紹了鎖相放大器核心算法以及PC上位機(jī)C#數(shù)據(jù)接收程序。論文實(shí)驗(yàn)分為兩個階段,首先論文設(shè)計(jì)了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了惠斯通電橋在應(yīng)力檢測中的經(jīng)典模型,使用三個相同阻值電阻,通過改變被測電阻阻值來破壞電橋平衡并輸出電壓信號的,利用本設(shè)計(jì)中的數(shù)字鎖相放大器對信號進(jìn)行測量,進(jìn)而換算出被測電阻阻值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確測得電橋輸出信號,從而在驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)中的數(shù)字鎖相放大器硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法的可行性；在第二階段實(shí)驗(yàn)為論文的核心實(shí)驗(yàn),在這一階段主要的實(shí)驗(yàn)任務(wù)是將本設(shè)計(jì)中的數(shù)字鎖相放大器應(yīng)用于了拉曼光譜采集系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)搭建了一套簡易的拉曼光路,利用斬光器設(shè)計(jì)了一套數(shù)字鎖相放大器參考信號的獲得方法,使用光電倍增管得到NaSO4溶液樣品的拉曼光譜信號,信號經(jīng)過處理被數(shù)字鎖相放大器獲得,經(jīng)過算法處理輸出最終信號幅值結(jié)果,利用光電倍增管供電電壓與信號輸出之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)得到了多組數(shù)據(jù)。論文對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理分析,得到最終結(jié)論與預(yù)期相符,證明了本設(shè)計(jì)中數(shù)字鎖相放大器在一定程度上適用于拉曼光譜檢測。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN722

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本文編號：2572819