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文檔簡介
1、拉曼光譜屬于無損光譜分析技術,包含分子振動或轉動的信息,又稱分子的“指紋譜”。拉曼光譜受水分子的干擾小,被廣泛應用于生物技術、醫(yī)學、礦物學、材料科學、環(huán)境監(jiān)測等眾多領域。但是拉曼散射信號極其微弱,極易淹沒在噪聲中,信噪比很低,給拉曼光譜信號的探測和采集提出了較高的要求。CCD探測器感光度高、探測光譜范圍廣,適合弱光檢測,是微弱拉曼信號探測的優(yōu)先選擇。但是CCD傳感器輸出信號中存在復位噪聲和隨機噪聲,對拉曼光譜信號有較大影響。因此,如何有
2、效的抑制CCD的噪聲,以提高信噪比,是實現(xiàn)拉曼光譜高質(zhì)量采集的關鍵。
本文針對高質(zhì)量拉曼光譜信號采集需求,開展CCD探測器信號采集與處理系統(tǒng)的研究,重點研究光譜信號的采集與噪聲抑制方法、數(shù)據(jù)完整幀捕捉算法、上位機軟件降噪處理等,研制高性能拉曼光譜采集系統(tǒng)。論文的主要工作內(nèi)容如下:
?、倬C述CCD探測器信號采集與處理系統(tǒng)以及拉曼光譜數(shù)據(jù)處理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,分析了各種信號處理方法的優(yōu)缺點,闡述了論文的主要內(nèi)容。
3、?、诜治隽死庾V技術的基本原理和CCD探測器的特性?;诶庾V的特點,以及CCD探測器輸出信號的特性,確立了拉曼光譜采集的總體方案。
③研究了數(shù)字相關過采樣算法,實現(xiàn)了對CCD輸出信號復位噪聲的消除以及對隨機噪聲的有效抑制;研究了數(shù)據(jù)完整幀捕捉算法,實現(xiàn)了有效光譜數(shù)據(jù)的完整采集。完成了數(shù)字電路各模塊的邏輯設計,并利用Modelsim對各個模塊及整個采集系統(tǒng)控制邏輯進行了功能仿真驗證。
④研究了光譜采集軟件的設計方
4、法以及光譜數(shù)據(jù)處理技術。完成了USB固件程序設計和上位機光譜采集軟件設計。重點研究了多幀平均、滑動窗口平均和高斯濾波三種軟件去噪算法。
?、荽罱▽嶒灉y試平臺,以汞燈為測試對象,對光譜采集系統(tǒng)的控制邏輯和信號采集軟件進行測試。測試結果表明:系統(tǒng)準確捕捉并采集到了完整幀光譜信號;在不同積分時間下,與相關雙采樣相比,數(shù)字相關過采樣算法的信號均方差降低了51%—63%,信噪比顯著提高;對比三種軟件去噪算法,多幀平均去噪效果最好且對光譜峰
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