D微型光谱仪设计与分析研究.doc

哈尔滨工程大学硕士学位论文 D 的微型光谱仪的设计与研究姓名:张晓鹏申请学位级别:硕士专业:光学指导教师:孙晶华 201106 摘光谱仪是一种重要的光谱分析仪器,几乎所有的科学领域都有光谱仪的身影。由于传统光谱仪体积大、重量重而且系统复杂,不能同时对多个波长进行检测,特别在野外测量受到了极大的限制。光谱仪器的微型化、小型化是其发展的必然趋势。本文提出了一种基于??奈⑿凸馄滓堑南低成杓品桨浮8梅桨秆∮肅?为光谱测量的探测器,光学系统采用折叠???—???结构设计,大大减少了光学系统的体积: 在探测系统方面,以现场可编程逻辑门阵列???????杓屏薈?驱动和信号采功能模块,整个系统只用一片??资源开发了????缏贰?/?裳?刂频缏贰??数据处理、光谱谱线绘制、波长定标相关功能。最后,对本文的系统进行了相关实验, 实验表明:按照该方案设计的微型光谱仪能同时对多个波长进行测量,整个光谱仪的体范围,选择??个像素的线阵??魑L 讲馄骷? 2捎肅?专用?疍转换芯片??的测试表明,探测系统能清晰分辨***灯光谱特有的特征谱线,成功地完成光谱数据的采集、处理及传输。????????????????, ????????????????????. ?????????????????????????????????????????????????????????琔????, ??????????????????瓹?????????????????????????, ????????????????????????????瑃????????????????????????琺???????.?????????????????????????, ???????????????????——?????????苗?????鹖????鼍?, ???????, ???????????????????????, ???????????; ?????籉??籗??籙?绪论??微型光谱仪研究现状及发展趋势光谱仪器是分析物质物理化学组成的重要分析仪器。早在??年克希霍夫和本生制成世界上第一台实用的光谱仪以来,科学家们在研究中发现各种物质在~定条件下都有自己的特征光谱,从此建立了光谱分析的基础。很快,光谱分析便成了在化学、物理学、军事、医学和生物学等领域重要的分析手段。正因为如此,人们对光谱分析越来越感兴趣,一方面科学家们对各种物质的光谱进行了大量的研究实验工作;另一方面,为了适应各种条件下的光谱测试而不断的对光谱仪器进行改进。微型光谱仪是以光谱学技术为理论指导,结合微电子、微机械等多种技术的微型光机电系统,也是光、机、电、磁、化学、传感技术等多种技术的综合【?。微型光谱仪与大型光谱仪相比有很多自身的优点,如体积小、重量轻、可集成化、可批量制造及制作成本低廉等优点,有着巨大的应用市场。因此如何研制一种既能在性能上达到应用要求, 又能使得光谱仪微型化、集成化、小型化的微型光谱仪成为这一领域的研究热点,也是现在光谱仪器发展的重要趋势之一。发展,光纤在各个领域的应用大大增加,从而大大促进了低损耗石英光纤的开发。该光由于光纤的耦合非常容易,所以可以很方便地搭建起由光源、接收系统和光纤光谱仪组成的模块化测量系统。??操作系统对信号处理程序进行管理。该分光光度计外型美观,体积小巧,便于携图??掌上分光光度计图???????便携式光谱仪荷兰?????矩⒎⒌奈⑿⌒凸庀斯馄滓怯薪峡斓牟饬克俣取?】,它可以用于在线国内,微型化、小型化光谱仪研究起步较晚,仪器公司能生成商品化的仪器不多。图??重庆火学研制的微型光谱仪??研究微型光谱仪的意义和必要性?⑽⑿凸馄滓怯捎诓捎昧讼冉?腃?光电接收器件,测量速度快,可以进行实时及多通道分析,因而具有现场应用价值。??本论文的主要内容光谱仪的研究,摸索小型化产品的设计和制作方法。目前在微型光谱仪的研究方面,大部分都使用了国外一些公司开发的专用电路,这电路和信号采集及光谱仪软件设计等方面进行了自主设计,没有使用任何商品化的电路电路、?疍采样控制电路、??藕挪杉?氪娲⒌缏返龋换嬷朴∷⒌缏钒???。?⒂肔???设计完成了光谱分析软件设计。??光谱仪光学系统的基本原理与机构【?】光谱仪器的光学系统主要分为三部分:光源系统、分光色散系统以及接收和记录系统。目前,在现代光谱仪中,色散元件既可以是棱镜也可以是光栅。但是,近年来,随着光栅技术的日益成熟,棱镜基本上不再作为分光系统中的色散元件而被应用了。反射式衍射光栅?虺莆 7 瓷涔庹?的应用则日趋广泛。这种反射式衍射光栅根据其光栅基面的形状是平面和凹面,可以将其大致分为平面光栅和凹面光栅两大类。下面将具体介绍这两类光栅的工作原理。