基于pbse线阵的高速红外光谱仪的设计

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1、-------ClassifiedIndex：TB83U.D.C.:621.38DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringRESEARCHONTHEHIGH-SPEEDIRSPECTROGRAPHBASEDONPBSELINEARARRAYCandidate：WangKechengSupervisor：Prof.DaiJingminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffilication

2、：DepartmentofAutomaticTestandControlDateofOralDefense：July,2012DegreeConferringInstitution:HarbinInstituteofTechnology-----------哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要红外光谱仪与国民生活、科学分析、工业生产等很多领域都有着密切的联系，是一类非常重要的分析仪器。在物质的成分、结构测试方面发挥着重要的作用，相对于其他物理或化学的方法其具有快速、无损、需要样品少等优点。但其在动态性能、测量波段范围等方面红外光谱仪领域依然有待改进，本文主要就是为了解决这

3、一问题，旨在研发一款高速的、较宽波段的高速红外光谱仪。根据光谱仪的基本原理，本文选用闪耀光栅作为分光元件，采用垂直对称式Ebert-Fastie结构，选择NewInfraredTechnologies公司的256元非制冷型PbSe线阵作为探测器。整个系统包括硬件与软件两个部分，硬件部分又可分为光路与电路。被测光束通过狭缝，经调制盘调制成一定频率的交变光源信号，进入光学系统经准直、分光、成像最终投射到探测器阵列上。探测器通过单片机控制的半导体制冷片使之处于恒定温度，探测器输出的电流信号经前置放大、选频电路、电压放大电路进入USB总线数据A/D采集卡，采集卡通过PC104最

4、终将光谱信号传输至远端PC机。软件部分包括在51单片机上运行的嵌入式程序和在PC104与PC机上运行的LabVIEW编写的程序。单片机程序主要完成探测器温度的控制、探测器偏置的选择以及发出采集卡同步信号。LabVIEW主要编写A/D的数据采集、数据处理、数据传输以及显示和存储程序。本文对光谱仪的标定进行了细致的分析，选用了几款不同波长的激光器来获得标定数据，最终通过最小二乘法对光谱仪的波长进行了标定，实现了对1- 5mm红外光谱的高速测试。关键词高速红外光谱仪；PbSe线阵；波长标定；-I------------哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheinf

5、raredspectrometerisverycloselywithmanyareassuchasnationallife, scientificresearch,industrialproduction.Itisaveryimportantclassofanalytical instrument.Inthetestofmaterialcompositionandstructure,itplayanimportantrole. Andrelativetootherphysicalorchemicalmethod,it`sfast,nondestructive,sampl

6、e less.However,itneedtobeimprovedindynamicperformance,wavelengthrange. Thispaperistosolvethisproblem,aimedatdevelopingahigh-speed,wide-band high-speedinfraredspectrometer.Accordingtothebasicprinciplesofthespectrometer,thispaperselectedblazed gratingasdispersioncomponent,verticalsymmetric

7、Ebert-Fastiestructureasoptical systemmodeland256elementsuncooledPbSelineararrayasdetector.Thissystem consistshardwareandsoftware,thehardwarecanbedividedintoopticalsystemand circuitsystem.Thebeamthroughthesiltandthechopperturntothealternatinglight signal,thenthroughintothe