宽波段红外光栅扫描光谱辐射计的研制

研制了一种测量波长范围在1-20μm的宽波段光栅扫描光谱辐射计。以WDG30光栅单色仪为核心元件,包括光学取样系统、光电探测系统、单色仪自动波长扫描系统、高集成度的数据采集系统。采用数字锁相技术从噪声中提取有效信号,以减小测量误差。使用黑体炉标定仪器并考虑仪器内部杂散辐射随温度变化对测量结果的影响,提出通过水浴方法进行相应修正。该仪器可用于对多种辐射源的光谱分布测量和各种红外目标的光学特性研究。     

面向微型光谱仪在线检测的光学系统误差校正方法

微型光纤光谱仪由于具有小型化、集成化、检测速度快等特点,适合用于工业现场多组分物质的在线检测.针对微型光谱仪由于受到仪器杂散光、光度噪声和光源波动等因素的影响,导致测量光谱信号精度差的问题,提出了一种面向微型光谱仪在线检测的光学系统误差校正方法.该方法首先使用光谱仪在线测量光谱强度,并通过参考溶液和待测溶液获取光谱信号...     

高光谱大气探测仪干涉信号的获取电路设计

高光谱干涉探测仪是一种利用干涉原理来测量输入辐射的光谱强度和光谱分布的仪器,它的用途十分广泛.可用于军事伪装目标的多光谱识别、农作物生长状况检测以及航空航天大气温湿廓线的遥感等等.对高光谱大气探测仪输出的干涉信号形式进行了分析,根据其特点,详细讨论了前放的噪声匹配的问题,控制噪声在探测器噪声的背景限下.然后用滤波等方法进一步减少噪声,进行采样后获取有用信息.结合信号特征设计了整个数据采集电路.     

激光多普勒双光束双散射模式测速技术研究

采用双光束-双散射模式对气流的流速进行了测量,得到了多普勒频移信号,并对信号进行了滤波处理,提高了信噪比.滤波后的信号经数字相关处理器进行二值化和自相关运算处理后,得出气流的流动速度,进而得到时间函数曲线和速度分布直方图.将测量结果与某时刻速度的理论计算结果进行比较,测得速度与计算值偏差为0.3%,根据统计结果,测得速度的标准差为5.29%.最后对影响测量精度的因素进行了分析,通过前置滤波放大器降低了系统噪声,实验结果表明该方法对气流速度测量具有较高的精度.     

基于Labview的紫外光探测器自动化测试与分析系统

基于NI公司的Labview 8设计了一套功能全面的半导体紫外光电探测器参数自动化测试与分析系统,将光路调整、仪器控制、数据采集、数据处理和结果呈现整合到一个软件操作平台上,解决了传统手动测量既繁琐又易出错的问题,可测量样品的光电流或暗电流的伏安特性以及光谱响应.根据微弱信号的特殊测量要求,对测量装置和测量方法进行了优化设计,有效地降低了各种噪声的干扰,并针对不同量程仪器响应时间不同的问题,提供了时延的估测方法,提高了测量结果的可靠性和准确性.     

基于天然气组分红外光谱图的数据预处理方法研究

利用红外光谱分析仪对天然气组分进行组分分析时所获得光谱信号往往会受杂散光、噪声、基线漂移等因素的干扰,从而影响最终定量分析结果,故需要在建模前对原始光谱进行预处理。为解决仪器测量光谱图的噪声干扰问题,本文提出一种Savitzky-Golay平滑法结合sym6小波函数软阈值去噪法对光谱图进行预处理。将传统的预处理方法与SG平滑法结合小波函数法进行对比分析。结果表明,以SG平滑法结合sym6小波函数软阈值去噪法对光谱图进行预处理,其拟合优度数值最高为0.98652,残差平方和数值最低为5.50694,证明使用该方法后的函数分峰拟合效果最佳,处理效果优于传统方法。     

多次采样平均在长波红外高光谱成像系统中的应用

长波红外高光谱成像系统由于光谱细分导致探测器所接收的目标信号的能量较一般成像系统弱,因此系统噪声对成像效果影响较大。针对这一现象,本文在分析系统噪声成分的基础上,提出采用ADC多次采样平均的方法来降低其噪声,并从理论上推导了该方法的有效性。然后搭建了实验系统,分析计算不同积分时间下,利用多次采样平均技术得到的信号和噪声大小,并计算系统的信噪比和NETD。结果表明,多次(m次)采样平均对系统的信号值几乎无影响,但可以将系统噪声降低至原来的m~(-1/2)倍。因此,该方法可将系统的信噪比提高至原来的m~(1/2)倍,并能有效降低系统的NETD,提高系统灵敏度。该方法为改善长波红外高光谱成像系统成像效果提供了一种方案。     

微弱光谱信号低噪声信息获取和处理技术研究

对温室气体进行全球范围的高精度监测,获取高可靠有效数据,是实现对温室气体排放进行监控的基础。为了实现温室气体的亚纳米高光谱分辨率光谱探测,需要保证高光谱温室气体监测仪探测系统具有高信噪比。围绕仪器信号链路的关键模块——InGaAs面阵探测器的信息获取与处理模块,开展了微弱光谱信号低噪声信息获取和处理技术的研究。设计了微弱光谱信号低噪声信息获取和处理系统,并深入研究了影响光谱探测系统噪声的重要因素。通过构建谱段信噪比模型,并采用小带宽运放电路和AD多次采样方法降低电路噪声,系统在1.61μm谱段0.07nm光谱分辨率下,典型能量值为1.91W/(μm·m²·sr),信噪比(SNR)达340。实验结果表明,系统噪声均方差(RMS)值为8.1LSB,优于10LSB(4.9mV噪声),实现了高光谱温室气体监测仪对亚纳米微弱光谱信号探测的高信噪比需求。该低噪声信号获取与处理技术为InGaAs面阵探测器在温室气体监测应用领域的微弱光谱信号探测打下了基础。     

光纤法-珀非扫描式相关解调系统分析

为了提高解调精度,时间一致性和稳定性及降低仪器成本。利用非扫描式相关解调原理,设计了光纤法珀解调系统并进行了实验研究。建立光纤法珀解调系统的光学模型,进行了光学特性分析和参数优化;设计了光学系统和硬件解调系统。同时由于系统中存在大量背景光谱噪声、线性光分布不均匀及光纤端面的反射,导致不能准确检测出相关信号的极大值,为此提出了一种信号修正算法,能有效滤除噪声,提高了仪器的解调精度。实验结果表明:测量范围为10-40μm,分辨率为8nm,稳定性达到了7nm。该仪器能实现对传感器腔长的实时测量,且测量精度高、稳定性和一致性好。     

基于经验模态分解的激光干涉信号处理

为了去除激光干涉测速系统提取的小波脊的大量高频噪声,提高系统测量精度,采用一种基于经验模态分解的小波脊优化的方法,对高频噪声强度进行了很好的抑制,测量误差为原来未优化误差的42.3%,较大幅度提高了激光干涉测速系统的测量精度.结果表明,该方法对经过时频分析的信号去噪有重要的实用价值.