基于數(shù)字微鏡的便攜式傅里葉變換光譜探測系統(tǒng)研究.pdf

1、食品安全問題不僅是一個直接影響人們身體健康的重大民生問題,同時還是一個關(guān)系國家經(jīng)濟發(fā)展與政治穩(wěn)定的社會安全問題。面對我國食品安全的嚴峻現(xiàn)實,利用傅里葉變換光譜儀在物質(zhì)檢測分析領域輻射通量大、波數(shù)準確、精確度高等優(yōu)勢,結(jié)合快速發(fā)展的微光機電系統(tǒng)(Micro-Optical-Electro-Mechanical System, MOEMS)技術(shù),研究一種可實現(xiàn)食品安全在線檢測分析的便攜式低成本傅里葉變換紅外光譜探測系統(tǒng)具有重要的社會現(xiàn)實意義

2、和科學研究價值。
　　可編程MOEMS數(shù)字微鏡陣列作為MOEMS技術(shù)發(fā)展的商品化典型代表,具有空間光束選擇功能,可作為光反射式數(shù)字開關(guān)應用于微型光學系統(tǒng)。文中將其與由平面反射鏡和傾斜反射鏡構(gòu)成的改進型邁克爾遜干涉具相配合,在單點探測器的作用下實現(xiàn)光譜探測。由于摒棄了傳統(tǒng)傅里葉變換光譜探測系統(tǒng)中的動鏡掃描結(jié)構(gòu),這種基于MOEMS微鏡的新型傅里葉變換光譜探測系統(tǒng)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、抗震性好等優(yōu)點。
　　本文以該新型傅里

3、葉變換光譜探測系統(tǒng)的工作原理為出發(fā)點,主要工作包括:
　　①在近紅外波段建立了基于標量衍射理論的MOEMS微鏡衍射特性分析模型,探討了衍射效應對干涉光強探測的影響。分析結(jié)果表明若僅考慮MOEMS微鏡反射的零級衍射光,則經(jīng)合理的光學設計仍可不失真地得到復原光譜。分析該光譜探測系統(tǒng)的特性,提出相關(guān)設計指標,并利用Zemax軟件完成準直與會聚系統(tǒng)的光學設計。
　?、谠趯ο到y(tǒng)硬件電路總體規(guī)劃的基礎上,完成了系統(tǒng)電源電路設計,實現(xiàn)了基

4、于FPGA的信號采集模塊、MOEMS微鏡驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和USB數(shù)據(jù)通信模塊的光譜探測系統(tǒng)軟硬件設計,并在Quarturs II軟件中對各模塊的邏輯控制時序進行了綜合仿真驗證。
　?、蹖ο到y(tǒng)中各光學單元進行了加工與測試,準直光學系統(tǒng)出射光斑的均勻性與一致性分別高達95.3％與98％,具有較好地準直效果。在系統(tǒng)電源電路紋波測試中,其最大輸出紋波電壓不超過30mV,紋波系數(shù)小于2％。隨后在基于FPGA的光譜探測硬件電路測試實驗中