基于數(shù)字鎖相放大器的拉曼光譜信號檢測.pdf

1、拉曼光譜技術經歷了幾十年的發(fā)展已經成為一門比較成熟的技術，它依靠自己獨特的優(yōu)勢目前已被廣泛應用于物質鑒定與分子結構研究等相關領域中。在實際應用中拉曼光譜信號通常十分微弱，常見的檢測手段往往不能達到檢測靈敏度要求，在這一關鍵問題上科學家們提出了許多解決方法，出現(xiàn)了一系列拉曼光譜增強技術，例如共振拉曼光譜技術和表面增強光譜技術等，這些方法有效地增強了拉曼光譜信號的強度，從而很好提高了檢測靈敏度。雖然目前在拉曼光譜信號強度增強方面已經取得成功

2、，但是直接檢測微弱的拉曼光譜信號卻很少被嘗試。隨著微弱信號檢測理論和相關技術的發(fā)展與成熟，微弱信號檢測水平有了很大的進步，這也為拉曼光譜信號檢測靈敏度提高提供了新的思路。
　　在微弱信號檢測領域，鎖相放大器是一個非常有代表性的產品。鎖相放大器以相關檢測為理論基礎，利用參考信號與待測信號相關性強，與噪聲信號相關性弱的特點，將信號從大量背景噪聲中檢測出來。最初鎖相放大器都是由模擬器件構成，而模擬器件往往存在固有的溫漂、容差等缺陷，隨著

3、數(shù)字信號處理技術以及高性能的數(shù)字信號處理硬件的逐漸普及和應用，鎖相放大算法都可以利用數(shù)字信號處理技術來完成，數(shù)字鎖相放大器逐漸取代了傳統(tǒng)模擬鎖相放大器成為主流。
　　本論文綜合考慮了拉曼光譜與鎖相放大技術的需求和技術特點，利用數(shù)字信號處理硬件設計了一套數(shù)字鎖相放大系統(tǒng)，并將其應用于拉曼光譜信號檢測中，來提高拉曼信號檢測的精度。
　　在論文結構上，首先介紹拉曼光譜技術、鎖相放大器的相關知識背景，從而提出了使用鎖相放大器來解決拉

4、曼光譜信號檢測的方案，針對方案本論文設計了一套基于dsPIC33FJ256GP710 DSC的數(shù)字鎖相放大器系統(tǒng)，在硬件部分主要介紹了激勵信號產生模塊、模擬電路模塊、數(shù)字系統(tǒng)模塊以及上位機模塊四個主要部分的設計;在軟件部分主要由DSC程序設計和PC上位機程序設計兩個部分構成，詳細介紹了鎖相放大器核心算法以及PC上位機C＃數(shù)據(jù)接收程序。
　　論文實驗分為兩個階段，首先論文設計了驗證性實驗，該實驗運用了惠斯通電橋在應力檢測中的經典模型

5、，使用三個相同阻值電阻，通過改變被測電阻阻值來破壞電橋平衡并輸出電壓信號的，利用本設計中的數(shù)字鎖相放大器對信號進行測量，進而換算出被測電阻阻值。實驗結果準確測得電橋輸出信號，從而在驗證了本設計中的數(shù)字鎖相放大器硬件結構和軟件算法的可行性;在第二階段實驗為論文的核心實驗，在這一階段主要的實驗任務是將本設計中的數(shù)字鎖相放大器應用于了拉曼光譜采集系統(tǒng)中。實驗搭建了一套簡易的拉曼光路，利用斬光器設計了一套數(shù)字鎖相放大器參考信號的獲得方法，使用光