雙邊傾斜傅里葉光譜儀的研究及其軟件開發(fā).pdf

1、光譜分析在激光預(yù)警、物質(zhì)分析、植物培養(yǎng)、化學(xué)毒劑遙測(cè)、污染氣體檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)，儀器對(duì)穩(wěn)定性、高速響應(yīng)的要求也逐漸增加，所以靜態(tài)光譜儀的研究成為了熱點(diǎn)。光譜分析的基礎(chǔ)是光譜儀，而光譜儀中的核心部分是干涉具，即對(duì)高光譜響應(yīng)、高穩(wěn)定性的干涉具的研究是開發(fā)靜態(tài)光譜儀的關(guān)鍵內(nèi)容。同時(shí)，無論是用于何種光譜分析，都需要有相應(yīng)的光譜分析算法和軟件予以支持，才能完成光譜的分析、物質(zhì)的定量等，所以開發(fā)相應(yīng)的光譜分析軟件也非常的重要。

2、>　　論文首先闡述了光波相干特性的一些基本概念與理論知識(shí)，及傅里葉變換光譜儀的主要原理等,在比較了用于光譜分析的各種類型的光譜儀檢測(cè)原理的基礎(chǔ)上，提出了基于雙邊傾斜傅里葉干涉具的靜態(tài)光譜分析系統(tǒng)及其相應(yīng)的分析算法和軟件。
　　研究了基于雙邊傾斜傅里葉干涉具的光程差分布和干涉條紋形成機(jī)理，由雙邊傾斜傅里葉變換干涉具、柱面鏡、雙CCD探測(cè)器、干涉條紋延展補(bǔ)償板、高速信號(hào)處理器及Visual Studio平臺(tái)界面顯示模塊等組成。為使干涉

3、條紋展寬且能量仍然集中，系統(tǒng)采用雙邊傾斜的設(shè)計(jì)，同時(shí)通過干涉條紋延展補(bǔ)償板實(shí)現(xiàn)干涉條紋的疏密度還原。設(shè)計(jì)了以雙邊傾斜傅里葉干涉具及雙補(bǔ)償板、雙CCD探測(cè)器的干涉條紋延展系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本技術(shù)在干涉具相同尺寸下可有效提高光譜分辨率8倍左右，同時(shí)不改變干涉具產(chǎn)生光程差的方式。
　　為了得到穩(wěn)定的干涉條紋和較高的光譜分辨率，研究了靜態(tài)光譜儀的基本原理和靜態(tài)光譜儀中傅里葉變換干涉具光譜分辨率提高的方法。該技術(shù)采用靜態(tài)傅里葉變換干涉具，以

4、相干探測(cè)技術(shù)、傅里葉光學(xué)和光電信號(hào)處理為基礎(chǔ)，使用雙邊傾斜傅里葉變換干涉具，即等效斜楔型干涉具作主要相干器件，能在保持原有干涉具體積的基礎(chǔ)上有效地提高光譜分辨率、且無機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，光譜探測(cè)速度快。對(duì)于增加傾角造成的干涉條紋過密而無法識(shí)別的問題，系統(tǒng)采用干涉條紋延展補(bǔ)償板實(shí)現(xiàn)干涉條紋的等比例擴(kuò)展，實(shí)驗(yàn)顯示，采用該結(jié)構(gòu)后可以在原有CCD像素大小的基礎(chǔ)上采集到干涉條紋。對(duì)于邊長(zhǎng)為2.687cm干涉具，傳統(tǒng)傅里葉干涉具的光譜分辨率只有70.1c

5、m-1，而采用雙邊傾斜傅里葉干涉具后，光譜分辨率為9.1cm-1。
　　最后，在設(shè)計(jì)了雙邊傾斜傅里葉變換干涉具的基礎(chǔ)上，開發(fā)了與之相應(yīng)的光譜分析算法及軟件。在綜合比較了主成分分析、遺傳算法、偏最小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗糙集、支持向量機(jī)等光譜分析算法的特點(diǎn)后，系統(tǒng)采用粗糙集-支持向量機(jī)聯(lián)用的方法對(duì)特征波長(zhǎng)和光譜形態(tài)進(jìn)行了分析，并采用Visual Studio平臺(tái)將光譜分析、標(biāo)定、校正、自學(xué)習(xí)等編程實(shí)現(xiàn)可視化的界面顯示。