嵌入式小型化傅里葉變換紅外光譜探測系統(tǒng).pdf

1、日益嚴(yán)重的食品安全問題危害著人們的身心健康,同時也給食品安全檢測設(shè)備提出了實時檢測的新要求。紅外光譜技術(shù)因其操作簡便、快速精確等特點,在食品安全檢測中具有無可比擬的優(yōu)勢。傅里葉變換紅外光譜儀具有高分辨率、高信噪比、寬光譜探測范圍的優(yōu)勢,已經(jīng)成為紅外光譜分析的主流儀器。但是,針對食品安全問題的復(fù)雜性以及實時檢測的新要求,傳統(tǒng)傅里葉變換紅外光譜儀因其體積龐大、便攜性差和價格昂貴等問題無法走出實驗室并應(yīng)用于現(xiàn)場檢測。為了拓展傅里葉變換光譜儀在

2、食品安全檢測領(lǐng)域的應(yīng)用,本文致力于在保留傳統(tǒng)傅里葉變換紅外光譜儀優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,研制一種便攜廉價、快速精確,能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場快速檢測和在線檢測的新型傅里葉變換紅外光譜儀。
　　首先,論文提出了基于MEMS微鏡和傾斜反射鏡的儀器新結(jié)構(gòu)。利用傾斜反射鏡代替動鏡系統(tǒng)實現(xiàn)入射光的干涉調(diào)制,減小了儀器體積。利用MEMS微鏡的光開關(guān)作用,實現(xiàn)單點探測器采集空間干涉光強(qiáng)信號,節(jié)省了儀器成本。論文建立了基于該結(jié)構(gòu)的傅里葉變換紅外光譜探測系統(tǒng)原理模型,對

3、系統(tǒng)的光譜分辨率、信噪比、光譜探測范圍等工作特性進(jìn)行了分析。針對系統(tǒng)光通量小的固有缺點,論文提出利用MEMS微鏡的良好可編程性設(shè)計哈達(dá)瑪調(diào)制模板,對干涉信號進(jìn)行調(diào)制采集,通過對調(diào)制信號進(jìn)行哈達(dá)瑪變換來改善系統(tǒng)信噪比。
　　其次,根據(jù)系統(tǒng)的原理模型,論文設(shè)計了以立方體分束器為核心的小型靜態(tài)干涉儀并對其進(jìn)行了性能測試。根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用要求進(jìn)行了光源和探測器的選型。最后提出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和儀器主控系統(tǒng)配合工作的儀器控制系統(tǒng)構(gòu)架。
　

4、　第三,為了實現(xiàn)系統(tǒng)的便攜化和智能化,論文開發(fā)了基于ARM-Linux的嵌入式儀器主控系統(tǒng)。設(shè)計了以Contex-A8處理器為核心的主控系統(tǒng)硬件電路并進(jìn)行了性能測試,定制并移植了BootLoader和嵌入式Linux內(nèi)核,建立了嵌入式應(yīng)用軟件運行環(huán)境并設(shè)計了光譜探測系統(tǒng)人機(jī)交互軟件。
　　最后,搭建實驗系統(tǒng)并設(shè)計了光譜還原、哈達(dá)瑪信噪比改善和工作穩(wěn)定性三個實驗對光譜探測系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行全面驗證。光譜還原實驗結(jié)果表明系統(tǒng)可以正常還原光