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AOTF近红外光谱仪中信号检测的研究与设计
资料介绍
基于 AOTF的近红外光谱仪具有结构稳固、测量速度快、精度高、准确性好等特点,本文针对 AOTF近红外光谱仪设计一种检测系统,利用相关检测技术设计锁相放大电路实现微弱信号检测,采用直接数字频率合成技术实现程序化控制的波长自动扫描,完成了对 AOTF近红外光谱仪检测系统中背景强度的测量,得到不同波长时的背景强度曲图。
本文主要工作包括:
1)介绍基于AOTF的近红外光谱仪检测系统结构:分析AOTF原理及其衍射光波长和驱动频率的调谐关系;利用单色光调制技术,确定基于单色光调制的AOTF近红外光谱仪系统方案设计;利用相关检测技术,确定基于锁相放大的信号检测部分方案设计。
2)利用相关检测理论设计锁相放大电路,实现对微弱信号的提取:电路利用直接数字频率合成技术产生频率可调的参考信号,利用单色光调制技术实现噪声背景下微弱信号的周期化,利用移相电路实现有用信号与参考信号相位同步,最后利用相敏检波电路实现从噪声背景中提取微弱信号。在单锁相放大电路的基础上,设计双锁相放大电路,利用锁相环实现双路具有固定90°相位差的参考信号,提高了测量精度。
3)利用直接数字频率合成技术实现 AOTF扫频信号的产生与控制:利用AOTF分光的波长与其驱动信号频率有着一一对应的特点,采用直接数字频率合成技术产生特定频率的AOTF驱动信号;编写单片机控制程序实现在900nm-1700nm波长内扫频,扫频可以选择某个波长输出,也可以在整个扫描范围内实现自动全谱扫描,扫描步进波长在0.1-10nm可调。
4)完成系统控制部分的软、硬件设计:单片机、信号发生、数据采集、串口通信以及电源管理等各部分的电路设计与制作;编写单片机程序实现上述电路控制。
本文最后对锁相放大电路和AOTF近红外光谱仪检测系统进行了功能验证和性能分析,通过实验与调试,完成了AOTF近红外光谱仪检测系统的实现,基于单锁相放大电路的系统信噪比为2605:1,基本达到了预期的设计目标。
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