本文關(guān)鍵詞：基于線陣CCD的微型光譜儀設(shè)計(jì)與信號(hào)處理方法研究

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【摘要】：光譜儀是進(jìn)行光譜研究的重要裝置,在物理、化學(xué)、生物、天文及醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是,傳統(tǒng)光譜儀存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用環(huán)境受限、價(jià)格昂貴等不足,這些因素導(dǎo)致人們對(duì)微型光譜儀的需求與日俱增。我國(guó)對(duì)微型光譜儀的研究起步較晚,目前我國(guó)微型光譜儀的性能、工藝質(zhì)量、可靠性等與國(guó)外相比依然存在較大的差距,導(dǎo)致此類設(shè)備長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。研究和開發(fā)體積小、性能高、功能全的微型光譜儀具有十分重要的意義。 本文深入研究了微型光譜儀的工作原理,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于線陣CCD的微型光譜儀。該系統(tǒng)由下位機(jī)硬件和上位機(jī)軟件兩部分構(gòu)成,兩者通過(guò)USB總線進(jìn)行通信。下位機(jī)采用非對(duì)稱式Czerny-Turner光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分光,使用高分辨率線陣CCD作為光探測(cè)器,提高了系統(tǒng)的性能。整個(gè)下位機(jī)由USB總線的5V電源供電,即插即用,不僅減小了系統(tǒng)的體積,而且提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。 對(duì)CCD的輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理是研制高質(zhì)量微型光譜儀的關(guān)鍵,特別是對(duì)噪聲的處理。本文提出了一種基于積分時(shí)間正弦調(diào)制的CCD去噪方法,能夠有效濾除CCD的1/f噪聲和白噪聲,提高了整體性能。 本文通過(guò)對(duì)微型光譜儀軟硬件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和對(duì)光譜信號(hào)的噪聲處理,提高了微型光譜儀的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地完成光譜數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理。
【關(guān)鍵詞】：微型光譜儀 線陣CCD USB 積分時(shí)間 去噪
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 光譜儀簡(jiǎn)介9
• 1.2 微型光譜儀的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 本文的研究意義和內(nèi)容11-12
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)12-13
• 1.5 本章小結(jié)13-14
• 第2章 微型光譜儀的原理14-24
• 2.1 微型光譜儀的原理和結(jié)構(gòu)14
• 2.2 光學(xué)系統(tǒng)14-21
• 2.2.1 棱鏡分光15-16
• 2.2.2 光柵分光16-19
• 2.2.3 傅里葉變換分光19-21
• 2.3 光探測(cè)器21-23
• 2.3.1 CCD21-22
• 2.3.2 InSb傳感器22
• 2.3.3 HgCdTe傳感器22-23
• 2.3.4 InGaAs傳感器23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 微型光譜儀的軟硬件設(shè)計(jì)24-46
• 3.1 總體結(jié)構(gòu)24
• 3.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)24-33
• 3.2.1 Czerny-Turner光路24-26
• 3.2.2 CCD模塊26-27
• 3.2.3 AD模塊27-29
• 3.2.4 單片機(jī)模塊29-30
• 3.2.5 CPLD模塊30-31
• 3.2.6 電源模塊31-33
• 3.3 上位機(jī)設(shè)計(jì)33-37
• 3.3.1 C++與MFC33-34
• 3.3.2 上位機(jī)軟件34-37
• 3.4 USB通信37-44
• 3.4.1 USB簡(jiǎn)介37-38
• 3.4.2 USB下位機(jī)程序開發(fā)38-40
• 3.4.3 USB驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)40-44
• 3.4.4 USB上位機(jī)程序開發(fā)44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 基于積分時(shí)間正弦調(diào)制的CCD去噪方法研究46-59
• 4.1 CCD的噪聲來(lái)源46-47
• 4.2 基于低通濾波的CCD去噪方法47-48
• 4.3 基于積分時(shí)間正弦調(diào)制的帶通濾波去噪方法48-51
• 4.3.1 積分時(shí)間正弦調(diào)制的基本思想48-49
• 4.3.2 基于積分時(shí)間正弦調(diào)制的帶通濾波法49-51
• 4.4 仿真與分析51-58
• 4.4.1 1/f噪聲的產(chǎn)生51-52
• 4.4.2 仿真信號(hào)的產(chǎn)生52-55
• 4.4.3 仿真結(jié)果與分析55-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第5章 實(shí)驗(yàn)與分析59-65
• 5.1 系統(tǒng)展示59-60
• 5.2 波長(zhǎng)定標(biāo)60
• 5.3 系統(tǒng)測(cè)試與分析60-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第6章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 課題研究總結(jié)65
• 6.2 課題研究展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 研究生期間的科研成果71

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1 李華;USB儀器將成測(cè)量?jī)x器主流[J];國(guó)外電子測(cè)量技術(shù);2005年10期

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2 張飛鵬;馮初剛;黃s，

本文編號(hào)：817794