基于數(shù)字微鏡的便攜式傅里葉變換光譜探測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、食品安全問(wèn)題不僅是一個(gè)直接影響人們身體健康的重大民生問(wèn)題,同時(shí)還是一個(gè)關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展與政治穩(wěn)定的社會(huì)安全問(wèn)題。面對(duì)我國(guó)食品安全的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí),利用傅里葉變換光譜儀在物質(zhì)檢測(cè)分析領(lǐng)域輻射通量大、波數(shù)準(zhǔn)確、精確度高等優(yōu)勢(shì),結(jié)合快速發(fā)展的微光機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Optical-Electro-Mechanical System, MOEMS)技術(shù),研究一種可實(shí)現(xiàn)食品安全在線檢測(cè)分析的便攜式低成本傅里葉變換紅外光譜探測(cè)系統(tǒng)具有重要的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義

2、和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。
　　可編程MOEMS數(shù)字微鏡陣列作為MOEMS技術(shù)發(fā)展的商品化典型代表,具有空間光束選擇功能,可作為光反射式數(shù)字開(kāi)關(guān)應(yīng)用于微型光學(xué)系統(tǒng)。文中將其與由平面反射鏡和傾斜反射鏡構(gòu)成的改進(jìn)型邁克爾遜干涉具相配合,在單點(diǎn)探測(cè)器的作用下實(shí)現(xiàn)光譜探測(cè)。由于摒棄了傳統(tǒng)傅里葉變換光譜探測(cè)系統(tǒng)中的動(dòng)鏡掃描結(jié)構(gòu),這種基于MOEMS微鏡的新型傅里葉變換光譜探測(cè)系統(tǒng)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文以該新型傅里

3、葉變換光譜探測(cè)系統(tǒng)的工作原理為出發(fā)點(diǎn),主要工作包括:
　?、僭诮t外波段建立了基于標(biāo)量衍射理論的MOEMS微鏡衍射特性分析模型,探討了衍射效應(yīng)對(duì)干涉光強(qiáng)探測(cè)的影響。分析結(jié)果表明若僅考慮MOEMS微鏡反射的零級(jí)衍射光,則經(jīng)合理的光學(xué)設(shè)計(jì)仍可不失真地得到復(fù)原光譜。分析該光譜探測(cè)系統(tǒng)的特性,提出相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo),并利用Zemax軟件完成準(zhǔn)直與會(huì)聚系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)。
　?、谠趯?duì)系統(tǒng)硬件電路總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上,完成了系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了基

4、于FPGA的信號(hào)采集模塊、MOEMS微鏡驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和USB數(shù)據(jù)通信模塊的光譜探測(cè)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì),并在Quarturs II軟件中對(duì)各模塊的邏輯控制時(shí)序進(jìn)行了綜合仿真驗(yàn)證。
　　③對(duì)系統(tǒng)中各光學(xué)單元進(jìn)行了加工與測(cè)試,準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)出射光斑的均勻性與一致性分別高達(dá)95.3％與98％,具有較好地準(zhǔn)直效果。在系統(tǒng)電源電路紋波測(cè)試中,其最大輸出紋波電壓不超過(guò)30mV,紋波系數(shù)小于2％。隨后在基于FPGA的光譜探測(cè)硬件電路測(cè)試實(shí)驗(yàn)中