拉曼光譜分析法用于物質(zhì)的檢測(cè),無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)先處理,適用于固體、液體、氣體以及任何混合形態(tài)的樣品,同時(shí)還有非接觸無(wú)損測(cè)量,操作簡(jiǎn)便,測(cè)定時(shí)間短,靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的鑒別和結(jié)構(gòu)分析等。但拉曼散射光強(qiáng)度通常只有激發(fā)光強(qiáng)度的10^-6到10^-12,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于瑞利散射光和外界雜散光等噪聲,這對(duì)拉曼光譜系統(tǒng)的靈敏度和噪聲抑制能力提出了很高的要求。目前小型便攜式拉曼光譜儀多采用CCD或CMOS作為檢測(cè)器,可以避免波長(zhǎng)掃描過(guò)程方式,一次性獲得全波段拉曼光譜圖,但其靈敏度較之光電倍增管要低很多,很難滿足微弱光譜信號(hào)檢測(cè)所需的高靈敏度和信噪比要求,并且數(shù)據(jù)量更大,對(duì)處理器的性能的要求更高。本課題主要針對(duì)本研究所自主研發(fā)的小型便攜式拉曼光譜儀LMGPY-290的拉曼光譜圖像采集系統(tǒng)靈敏度不夠高、曝光時(shí)間不夠長(zhǎng)、在近紅外波段的光譜響應(yīng)度低等問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn),采用高靈敏度CMOS圖像傳感器研制新的拉曼光譜儀,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于DSP的拉曼光譜圖像采集系統(tǒng),從源頭上提高拉曼光譜數(shù)據(jù)的可靠性,從而進(jìn)一步提高拉曼光譜儀的性能。首先,設(shè)計(jì)了新的光譜圖像采集系統(tǒng),選... 

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哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-44-見(jiàn)光波段，而采用785nm激光激發(fā)出的拉曼光通常在近紅外波段。根據(jù)第1章的調(diào)研，CMOS對(duì)近紅外光的響應(yīng)能力比可見(jiàn)光弱，而新開(kāi)發(fā)光譜圖像采集系統(tǒng)IMX-385能否采集到近紅外波段的光譜，關(guān)系到拉曼光譜儀能否采集到基于785nm激光所激發(fā)出來(lái)的拉曼光，故通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試本課題開(kāi)發(fā)的光譜圖像采集系統(tǒng)的長(zhǎng)波響應(yīng)上限。氙燈復(fù)色光單色儀單色光濾波片圖4-3光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)采用如圖4-3所示的方案，使光譜圖像采集系統(tǒng)IMX-385所要采集的光是波長(zhǎng)已知的單色光，檢驗(yàn)光譜圖像系統(tǒng)IMX-385能否采集到對(duì)應(yīng)的光譜圖像。由手冊(cè)知7IPX150C氙燈的光是包含了200-2500nm連續(xù)波長(zhǎng)范圍的復(fù)色光。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單色儀輸出的光并非是理想的單色光，當(dāng)選擇單色儀的輸出光的波長(zhǎng)為，其中會(huì)包含有極少的/2波長(zhǎng)的倍頻光。圖4-4單色儀輸出980nm波長(zhǎng)光的光譜圖像

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-47-表4-1LMGPY-290的光譜采集系統(tǒng)增益像素平均灰度值V灰度值間標(biāo)準(zhǔn)差PRNU10.042400.040601000.321730.139132001.013901.119105003.0256217.1936400025.2056418.233表4-2LMGPY-385的光譜采集系統(tǒng)增益像素平均灰度值V灰度值間標(biāo)準(zhǔn)差PRNU10.006650.176231010.673064.893272013.2302156.54505016.82222162.296400089.57183763.79根據(jù)第2章分析，延長(zhǎng)曝光時(shí)間能提高光譜圖像數(shù)據(jù)的信噪比，而增益是負(fù)責(zé)將采集到的信號(hào)放大。由于沒(méi)有光信號(hào)輸入，光譜圖像采集系統(tǒng)采集到的是噪聲信號(hào)，由于人眼難以觀測(cè)，對(duì)其進(jìn)行放大并根據(jù)強(qiáng)度著色處理之后觀察分布規(guī)律，如圖4-7所示，是將噪聲信號(hào)處理后的圖像。發(fā)現(xiàn)其噪聲分布不均，但其分布的位置基本不變，可通過(guò)背景扣除算法解決均勻性問(wèn)題。圖4-7增強(qiáng)著色后的噪聲圖4.3532nm激光作為激發(fā)光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析4.3.1乙醇拉曼光譜圖像采集實(shí)驗(yàn)及分析相對(duì)于其他物質(zhì)而言，激光照射甲醇和乙醇時(shí)所激發(fā)出來(lái)拉曼光較強(qiáng)，并且甲醇和乙醇的特征峰明顯，關(guān)于乙醇和甲醇拉曼測(cè)量的研究較多，容易找到標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)課題研發(fā)的拉曼光譜儀LMGPY-385采集到的拉曼光譜是否準(zhǔn)確，乙醇與甲醇的拉曼光譜如圖4-8所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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