本文關(guān)鍵詞：基于MOEMS的微型傅里葉變換光譜儀信號解調(diào)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來，食品安全問題頻發(fā)，亟需發(fā)展一種微型便攜、成本低廉、在線快速的食品安全檢測儀器。傅里葉變換光譜儀，作為光譜檢測家族中重要一員，具有多通道、輻射通量大、雜散光低、波數(shù)準確、精度高等優(yōu)點，不僅能夠獲得全波段光譜，而且在紅外波段的微弱輻射信號檢測優(yōu)勢獨顯，在食品安全檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。便攜微型化是近年來光譜儀發(fā)展的趨勢，但同時也要控制儀器成本。MOEMS(Micro-opto-electro-mechanical System，微光機電系統(tǒng))技術(shù)為儀器的微型化提供了技術(shù)支撐，也使基于MOEMS技術(shù)的微型傅里葉變換光譜儀得以發(fā)展并成為研究熱點。 本文提出一種基于可編程微鏡陣列的新型傅里葉變換光譜儀，該光譜儀系統(tǒng)采用多級階梯鏡或傾斜反射鏡替代傳統(tǒng)傅里葉變換光譜儀中的掃描鏡，產(chǎn)生連續(xù)光程差，獲得穩(wěn)定干涉條紋，摒棄了復(fù)雜的掃描鏡控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好、結(jié)構(gòu)緊湊；結(jié)合微鏡陣列翻轉(zhuǎn)和單點探測器采集干涉光強，能降低儀器成本。干涉條紋的生成是無需掃描鏡，空間相關(guān)；干涉強度是利用單點探測器采集，時間相關(guān)。該新型光譜儀結(jié)構(gòu)是空間調(diào)制型和時間調(diào)制型相結(jié)合的。 本文首先闡述了新型傅里葉變換光譜儀系統(tǒng)原理，提出了利用多級階梯鏡來替代傳統(tǒng)掃描鏡的思想，進行了理論演繹；考慮到階梯鏡的加工難度，文中確定傾斜反射鏡替代掃描鏡，建立對應(yīng)的理論干涉模型，進而分析了傾斜反射鏡替代階梯鏡時的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，進行了仿真驗證，并對傾斜反射鏡的傾角容限范圍進行了分析；結(jié)果表明，空間調(diào)制和時間調(diào)制相結(jié)合的新型傅里葉變換光譜儀，在近紅外區(qū)域，反射鏡傾角理論最大值為0.52°，波長分辨率達到8nm；在可見光區(qū)域，反射鏡傾角理論最大值約0.183°，波長分辨率達到3nm；最后概要介紹了系統(tǒng)主要組成部分和分析了系統(tǒng)性能特點。 根據(jù)光譜系統(tǒng)原理，實現(xiàn)硬件電路的總體設(shè)計，，具體包括光電檢測放大電路，數(shù)據(jù)采集電路等；其次對傅里葉變換紅外光譜處理技術(shù)、定量模型、模型傳遞算法進行介紹，并進行了實驗驗證；最后搭建了實驗系統(tǒng)，完成程序固化調(diào)試，進行了相應(yīng)的關(guān)鍵電路測試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實驗，驗證設(shè)計正確性；進行激光光譜探測實驗，實現(xiàn)了對干涉圖進行了采集和還原。
【關(guān)鍵詞】：傅里葉變換光譜儀 MOEMS 空間調(diào)制 時間調(diào)制 光譜處理
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH744.1;O438.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-20
• 1.1 課題研究背景8-10
• 1.2 傅里葉變換光譜儀國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 時間調(diào)制型10-14
• 1.2.2 空間調(diào)制型14-17
• 1.3 本課題研究意義17-18
• 1.4 論文主要內(nèi)容18
• 1.5 本章小結(jié)18-20
• 2 基于 MOEMS 的新型傅里葉變換光譜儀原理分析20-36
• 2.1 傅里葉變換紅外光譜學(xué)的基本原理20-22
• 2.2 MOEMS 相關(guān)發(fā)展狀況22-24
• 2.3 新型傅里葉變換光譜儀工作原理24-27
• 2.4 傾斜鏡代替階梯鏡的干涉模型和理論分析27-34
• 2.4.1 可編程 MEMS 微鏡陣列的光學(xué)性質(zhì)29-31
• 2.4.2 傾斜反射鏡的傾斜容限分析31-33
• 2.4.3 干涉圖的空間采樣33-34
• 2.4.4 系統(tǒng)性能特點分析34
• 2.5 干涉圖的處理34-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 3 新型傅里葉變換光譜儀系統(tǒng)設(shè)計36-52
• 3.1 光譜系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成36
• 3.2 光學(xué)設(shè)計36-39
• 3.2.1 系統(tǒng)光源選取36-37
• 3.2.2 干涉具設(shè)計37-38
• 3.2.3 準直系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計38-39
• 3.3 電路硬件設(shè)計39-51
• 3.3.1 微處理器選擇-Microchip 單片機40-41
• 3.3.2 微弱光信號檢測放大電路設(shè)計41-49
• 3.3.3 數(shù)據(jù)通信模塊49-50
• 3.3.4 電源模塊設(shè)計50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 4 傅里葉變換紅外光譜數(shù)據(jù)處理52-62
• 4.1 基 2-傅里葉數(shù)字變換52-53
• 4.2 傅里葉變換紅外光譜表示方法53-54
• 4.3 傅里葉變換光譜的預(yù)處理54-56
• 4.4 光譜預(yù)測校正模型56-59
• 4.4.1 定量模型57-58
• 4.4.2 模型傳遞研究58-59
• 4.4.3 模型評價59
• 4.5 本章小結(jié)59-62
• 5 系統(tǒng)實驗與分析62-78
• 5.1 光電探測電路性能測試62-64
• 5.2 光譜處理算法有效性驗證64-69
• 5.2.1 定量模型-PLS 校正驗證64-66
• 5.2.2 模型傳遞66-69
• 5.3 光譜系統(tǒng)搭建與實驗69-77
• 5.3.1 光源鹵鎢燈69-70
• 5.3.2 準直系統(tǒng)測試70-73
• 5.3.3 傾斜反射鏡傾斜容限驗證實驗分析73-75
• 5.3.4 光譜系統(tǒng)測試實驗75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 6 結(jié)論總結(jié)與研究展望78-80
• 致謝80-82
• 參考文獻82-86
• 附錄86
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄86

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本文編號：363318