基于光電檢測技術(shù)的微弱光譜采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、微弱光譜信號(hào)檢測技術(shù)是測量工程領(lǐng)域內(nèi)的一門新興學(xué)科，基于光的衍射、干涉、偏振等特點(diǎn)來獲取被測對(duì)象的特征信息。但對(duì)于在較低的信噪比環(huán)境下，提取有用信號(hào)并保證檢測結(jié)果的實(shí)效性，是該項(xiàng)技術(shù)的一大難點(diǎn)?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)著該項(xiàng)技術(shù)不斷向前發(fā)展，目前對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用研究越來越多，但總體來說還不夠成熟，各自均有待進(jìn)一步深究。因此本文基于微弱光譜采集系統(tǒng)的有用信號(hào)提取及如何實(shí)現(xiàn)智能化控制兩大核心問題展開系統(tǒng)性研究，具體工作及研究成果如下:
　

2、　(1)基于微弱光譜采集系統(tǒng)檢測指標(biāo)及功能要求，對(duì)部分光學(xué)器件進(jìn)行選型:在光源選擇方面，基于實(shí)驗(yàn)室硬件條件，本文選擇光譜范圍為253-922nm的汞氬燈人造光源作為初次研究對(duì)象;在分光裝置選擇方面，選擇光柵型單色儀，內(nèi)置有光柵刻度線分別為1200g/mm及600g/mm的閃耀光柵，光譜掃描精度達(dá)0.2nm，最小步距達(dá)0.005nm;光電轉(zhuǎn)換部分選擇具備較高檢測精度的光電倍增管，對(duì)于檢測陰極靈敏度（峰值）74mA/W，平均暗電流3nA，工

3、作溫度范圍-80-+50℃;在信號(hào)AD采樣方面，選擇USB7660型數(shù)據(jù)采集卡，基于USB2.0接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采樣頻率可高達(dá)250kHz，同時(shí)模擬信號(hào)輸入端的高阻抗可以有效降低信號(hào)零點(diǎn)漂移值。
　　(2)由于檢測的光譜信號(hào)自身很微弱，同時(shí)經(jīng)過一定光電轉(zhuǎn)換過程后，輸出的信號(hào)容易因噪聲干擾而湮沒，在信號(hào)輸出端需要進(jìn)行去噪聲處理。本文基于光電檢測技術(shù)理論，將隔離放大技術(shù)與低通濾波技術(shù)引入到該項(xiàng)研究領(lǐng)域中。在信號(hào)隔離放大部分，本文采用

4、AD202變壓式耦合隔離放大芯片來設(shè)計(jì)了電流電壓轉(zhuǎn)換電路及同向比例運(yùn)算放大電路，同時(shí)基于OP07運(yùn)放特點(diǎn)設(shè)計(jì)二階低通濾波電路，最后對(duì)設(shè)計(jì)的電路板進(jìn)行封裝，制成產(chǎn)品。經(jīng)產(chǎn)品特點(diǎn)分析，可對(duì)微弱光譜信號(hào)進(jìn)行最大放大倍數(shù)為1.5*106倍，截止頻率為1.59Hz。
　　(3)基于MFC單文檔視圖設(shè)計(jì)一套光譜信號(hào)采集軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測信號(hào)的智能化控制，軟件操作系統(tǒng)功能包括:多波長單幀掃描、多波長多幀掃描、單波長定時(shí)采集、單色儀參數(shù)設(shè)置、A

5、D采集卡參數(shù)設(shè)置、AD自輸出、文件存儲(chǔ)、系統(tǒng)退出等。
　　(4)在微弱光譜采集系統(tǒng)應(yīng)用研究領(lǐng)域，本文以葉綠素為著眼點(diǎn)，基于葉綠素光譜吸收特性，對(duì)其進(jìn)行光譜在線掃描。通過現(xiàn)場配置葉綠素溶液，同時(shí)對(duì)入射光進(jìn)行前置平行與聚焦操作，確保了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果分析，待檢測樣液在藍(lán)紫光(400nm-500nm)及紅橙光(600nm-700nm)范圍內(nèi)有較高的光電吸收度，在兩端光譜范圍內(nèi)，葉綠素光譜曲線分別在411nm處與665nm處具