面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪

针对油品现场检测中实时性和准确度的需要,研制了一种面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪。该光谱仪采用相干长度扩增方法,可快速定位有效信号;通过驱动采集控制系统对傅里叶近红外检测光路进行100 nm等间隔的干涉调制,最终由傅里叶逆变换解析出的吸收光谱分辨力可达3.25 cm^(-1)。用该光谱仪对汽油样品进行质量检测的结果表明:该光谱仪可在短时间内对汽油中5种物质含量进行快速计量,其最大体积误差不超过0.7%,可以满足油品参数现场计量的需求,对市场中成品油质量的监管具有重要意义。

耦合石墨烯光电探测的傅里叶红外光谱仪研制

傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectrometry,FTIR)分析技术凭借其在红外波段中高灵敏度和高分辨率的表征能力,已经成为药物开发、材料研究、化学分析等领域最重要的光谱学表征手段之一。随着综合探测技术的不断进步,FTIR面临着进一步提升光谱分析能力以及轻量化、集成化的发展需求。基于石墨烯的光电探测器具有超宽谱的光电响应范围、超快的光电响应速度、微米级的探测器特征尺寸以及与其他材料耦合的高兼容性,在高性能集成化FTIR光谱仪技术开发中表现出极大的应用潜力。利用高精度纳米位移台取代复杂的参考光路,结合石墨烯光电探测器,实现了基于石墨烯光电探测的无参考光束FTIR光谱仪。通过实验进一步验证了无参考光束FTIR光谱仪的宽波段表征能力,实现了0.6 cm^(−1)的光谱分辨率和40 dB的信噪比,并准确表征了聚二甲基硅氧烷(PDMS)的特征吸收峰。研究结果证明了基于石墨烯光电探测的无参考光束FTIR光谱仪在提高光谱分析能力以及实现设备轻量化方面的优势,为FTIR分析技术提供了更具优势的开发与优化途径。

傅里叶红外光谱仪中高饱和蒸气压有机胺体积分数标定方法

基于有机胺吸收剂的化学吸收法能够有效捕集船舶烟气中的CO_(2),但吸收剂降解失效、挥发泄漏会造成严重的环境问题。虽然傅里叶红外光谱仪能够实时监测挥发的有机胺体积分数,但受限于高饱和蒸气压有机胺类蒸气难标定问题,对胺类体积分数的实际监测精度较低。对此,设计两种傅里叶红外光谱仪中高饱和蒸气压有机胺蒸气体积分数标定方法,分别为固定比例校准算法和基于循环神经网络的序列映射法。结果表明,相较于固定比例法,基于循环神经网络的非线性序列映射法能够实现更好的校准性能,平均绝对误差下降了81.57%,均方误差下降了70.05%,可有效反映船舶碳捕集与封存(carbon capture and storage,CCS)系统对大气环境的影响。

傅里叶变换近红外光谱仪扫描条件对数学模型预测精度的影响

以小麦粉状样品为例 ,研究了傅里叶变换近红外光谱仪在不同分辨率 ,不同的激光频率下扫描样品对近红外光谱用于分析小麦样品蛋白质含量的影响。结果表明 :以 4 ,8,16cm- 1 的分辨率扫描样品或当激光频率改变幅度在 1cm- 1 以内时对小麦蛋白模型的影响不显著 。

空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪研究

针对目前环境、医疗、空间、气象、军事及安全等领域对傅里叶变换红外光谱仪微小型化、轻量化及固态化的迫切需求,提出并研究了一种以MOEMS多级微反射镜为核心器件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪。在理论研究方面,建立了空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的物理模型,探究了该系统的光场分割与空间采样的光学原理;分析了多级微反射镜的衍射效应,提出了一种通过补边抑制衍射噪声抑制方法;进行了多级微反射镜采样误差的分析,并提出了基于最小二乘拟合的修正算法;通过对光源空间相干性、准直系统像差以及入射光场均匀性的分析,确定了光学系统的总体设计指标;通过对多级微反射镜基片加工精度、分束器材料色散特性和膜层透射效率等的计算分析,确定了干涉系统的设计方法与技术参数。在核心技术方面,提出了两个多级微反射镜的3种制作方法,分析了制作误差的来源及对系统性能的影响。通过工艺设计及实验条件探索,分别采用电铸法、真空镀膜法以及斜面倾角叠片法制作了两个多级微反射镜。在系统设计方面,进行了红外准直与缩束系统的光学设计,对整体光机系统进行了建模仿真,分析了杂散光噪声的来源。在图谱处理方面,利用过零采样方式,通过图像分割算法,获取了干涉图采样序列;通过对干涉图序列的插值、补零、延拓与卷积方法,完成了光谱相位误差的校正;通过离散傅里叶变换解调,实现了由干涉图像到信号光谱的数据反演。最后研究了系统光机整体的集成组装技术,并对原理样机进行了实验测试。本文研制的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的特点在于:取消了动镜驱动机构与采样控制机构,具有微小型与轻量化的特点;干涉图的采样由多级微反射镜完成,其空间采样的方式增加了系统的稳定性与可靠性,实时采样的特点增加了系统的快速性与有效性;多级微反射镜阵列采用MOEMS工艺技术制作,增加了系统的采样精度。该光谱仪系统的结构及制作方法具有自主知识产权,并具有广阔的应用前景。

傅里叶变换红外吸收光谱识别五种植物油的研究

以花生油、大豆油、芝麻油、棉籽油和米糠油为样品,采用傅里叶变换红外光谱仪,采集傅里叶变换红外吸收光谱,对光谱预处理后,提取红外特征信息,以1746cm-1和2855cm-1处的吸收峰面积比值为横坐标,1099cm-1处与1119cm-1处的吸收峰面积比为纵坐标,在Origin6.0上做出二维分布图,对各种油脂进行识别分析。结果显示,大豆油与其它4种油脂之间有明显区分;大豆油、花生油和芝麻油分布效果好,但棉籽油各样品点之间比较分散;能与其它油脂区分开的有以下几种分布花生油明显区别于芝麻油、棉籽油和大豆油;米糠油明显区别于棉籽油和大豆油。分布有交叉的油脂有米糠油与花生油或芝麻油有交叉,棉籽油与芝麻油有交叉。

基于DSP的傅里叶变换红外光谱仪动镜控制系统设计

在直线扫描式高精度傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪系统的研制过程中,为了达到光谱图的质量和分辨率要求,提出了一种利用DSP芯片TMS320F28335作为控制器,直线电机运动平台带动动镜的系统设计方法。介绍了FTIR的优点以及TMS320F28335的性能特点,分析了FTIR系统的原理,详细阐述了电机控制系统的设计方案,给出了DSP、电机驱动器以及电机模块之间的硬件接口电路和软件实现方法。实验证明,该电机控制系统具有很好的稳定性和很高的运动精度,其位置运动精度能够达到0.1μm,保证动镜做稳定可靠的直线运动。

傅里叶变换红外光谱仪探测器仪器响应函数研究

由于傅里叶变换红外光谱仪探测器在各个波段的仪器响应不相同,在应用过程中无论是利用光谱的绝对强度还是相对强度,都需要应用标准黑体对仪器进行定标,找出仪器响应函数。该文对加拿大BO-MAN公司MR154型傅里叶变换红外光谱议配带的两个红外探测器(锑化铟InSb、碲镉汞MCT)的仪器响应函数进行了研究,并找出了它们随黑体温度(辐射亮度)的变化规律。该规律对傅里叶变换红外光谱仪的定标和保证所测辐射谱的正确性有重要意义。

气相色谱分析和傅里叶变换红外吸收光谱识别花生油中棕榈油

利用脂肪酸分析和傅里叶变换红外吸收光谱,针对21种花生油、20种棕榈油及4种调和油进行数据处理,并进行识别.以它们在傅里叶变换红外吸收光谱1 099 cm-1、1 118 cm-1处的吸收峰的面积作为红外特征信息;通过气相色谱分析得到每种植物油脂的脂肪酸组成,峰面积归一化法计算各脂肪酸的百分含量,以每种油脂的棕榈酸(C16∶0)和硬脂酸(C18∶0)百分含量的比值为横坐标,亚油酸(C18∶2)和油酸(C18∶1)的百分含量的比值为纵坐标,用Origin 7.5软件作图;再组合红外特征信息和脂肪酸特征信息,A1099 cm-1/A1118 cm-1为横坐标,AC16∶0/AC18∶0为纵坐标,用Origin 7.5作图.结果显示,花生油和棕榈油信息点均有各自分布区域,调和油的信息点在分布图中呈线性分布趋势.

傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

新型红外空间遥感用傅里叶变换光谱仪

为了研制红外空间遥感用傅里叶变换光谱仪,将其作为风云三号、四号气象卫星的有效载荷,在比较国外各种航天工程项目中傅里叶变换光谱仪机械扫描方案的基础上,提出了一种新的机械扫描方案。它利用光通过平行平面镜组时光程随入射角度的改变而变化这一特性,同时把两支光路的光程改变量关联起来。该方案只使用平面反射镜,对于运动部件的精度要求比较低,对倾斜、磨损等不敏感。就国内的具体技术条件而言,这种方案是切实可行的。

空间傅里叶变换红外光谱仪用全柔性机构的设计及研究

研究了采用弹性双平行四边形结构的空间傅里叶变换红外光谱仪用全柔性机构,即运动角镜扫描机构(MovingCube-Corner)的设计。采用双平行四边形结构,使其运动自由度降为一维,并保证运动直线误差为±3μm。所采用的弹性结构不仅可以用于控制单自由度微位移机构,而且还可以控制微转角机构。结果表明:该机构特别适合空间仪器和机构所要求的无润滑、无磨损、长寿命的需要。

傅里叶变换红外光谱仪干涉仪系统的设计

设计了一种基于立体角镜与固定平面镜组合的干涉仪系统,以解决传统傅里叶变换红外光谱仪中干涉仪系统由于动镜的倾斜与横移影响光谱质量的问题。系统包含一对立体角镜,两面相互垂直的固定平面镜,以及分束器。通过对立体角镜的倾斜与横移、立体角镜垂直度误差以及两固定平面镜的倾斜与垂直度误差对干涉信号初相位与调制度的影响进行分析,表明立体角镜的倾斜与横移、固定平面镜的垂直度误差等因素不会影响干涉信号的初相位与调制度;通过对干涉仪进行实际测试表明,仪器具有结构简单紧凑、密封性好、分辨率高以及抗震性强等优点。

傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性在线定标与校正研究

由于傅里叶变换红外成像光谱仪结构的特殊性,其非均匀性在线定标与校正在工程上一直没有得到有效解决。首先对IRFPA非均匀性校正的原理与算法进行了简要阐述,在此基础上,通过对时间调制型、空间调制型及时间空间联合调制型傅里叶变换红外成像光谱仪原理结构的深入分析,针对这三种制式的光谱仪,分别研究出了相应的非均匀性在线定标与校正的方法,为星载傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性的在轨定标奠定了良好的技术基础。

基于傅里叶红外光谱仪的光谱发射率测量装置的研制

基于傅里叶红外光谱仪成功研制了固体材料光谱发射率测量装置,它由一个试样加热炉、一个参考黑体炉、水浴环境腔体及真空系统等组成,可以实现100-1500℃及光谱0.66-25μm范围内固体材料光谱发射率测量.参考黑体用于对系统的标定,水浴环境腔体和真空系统用来消除环境和大气的影响.装置调试后对某种航天用材料做了测试实验,得到了很有规律的结果.估计了系统的不确定度:发射率不确定度小于2.27%(3δ,ε=0.9),6.80%(3δ,ε=0.3).

傅里叶变换红外光谱仪在烟幕测试中的应用

用自制的小型烟幕箱在ＦＴＩＲ光谱仪上测试抗红外烟幕剂燃烧形成的烟幕。通过动态测试烟幕不同时间的红外光谱图，得出烟幕随时间的变化规律及烟幕沉降规律。由测试同一配方不同量烟幕剂燃烧形成烟幕的红外光谱图，得出其主产物浓度与吸光度之间的定量关系，结果表明符合Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒ定律。而对不同药量烟幕剂在３个大气窗口遮蔽能力的计算，得出烟幕遮蔽能力与药量之间的定量关系。

大豆油和花生油傅里叶变换红外吸收光谱识别分析

针对不同品种的大豆和花生样品,经溶剂提取,挥干溶剂后,采用傅里叶变换红外光谱仪,分辨率4 cm-1,扫描次数70,扫描范围400-4000 cm-1,经光谱预处理后,提取油脂红外吸收特征信息,将1746 cm-1和2855 cm-1处峰面积比值作为横坐标,1099 cm-1处与1119cm-1处的吸收峰面积比值作为纵坐标,用Excel软件作出二维分析图,考察两种溶剂(无水乙醚和石油醚)提取油脂对红外吸收光谱的影响.结果表明:两种油脂识别效果均较理想,二者相比,红外吸收光谱的识别分析后者优于前者.

傅里叶变换红外光谱仪遥感污染云团红外光谱的计算机仿真

利用傅里叶变换红外光谱仪 (FTIS)实测背景数据 ,建立污染云团红外光谱的计算机仿真模型。给出 (CH3) 2 CHO(CH3)FPO与 (CLCH2 CH2 ) 2 S两种污染云团红外光谱的仿真结果。模拟剂实验结果与仿真结果对比表明 :模型仿真污染云团红外光谱是可行的。

过采样型傅里叶红外光谱仪的数字滤波方法

傅里叶红外光谱仪使用的红外探测器频率响应范围通常为几十Hz到数MHz,这使得探测器直接接收的干涉信号中很容易混入环境噪声,引起真实干涉信号的畸变。过采样型傅里叶红外光谱仪等同于将传统光谱仪的等光程间隔采样过程"搬移"到计算机内,因此,理论上允许使用数字滤波器代替模拟滤波器对红外干涉信号降噪。在分析过采样型傅里叶红外光谱仪红外干涉信号有效频率范围的基础上,详述了适用于过采样型傅里叶红外光谱仪的巴特沃斯数字带通滤波器的设计方法,并应用设计的滤波器对过采样的红外干涉信号进行了降噪研究。结果表明:数字滤波的方法能有效去除红外干涉信号中的高、低频噪声,保留真实的光谱信号,在使用上也比模拟滤波更加灵活、便捷。

空间调制傅里叶变换红外光谱仪干涉系统透射效率研究

光学系统表面的反射与材料的吸收会降低空间调制傅里叶变换红外光谱仪中光的透过率。通过对干涉系统透过率函数的计算和对采样干涉图与复原光谱的仿真,结果显示透过率函数作用下的干涉图像对比度下降,复原光谱中的谱线强度发生衰减。分析表明,干涉图像对比度的下降主要是由分束器对入射光的有效反射引起的,而谱线强度的衰减则是由与增透膜的光强反射率R1、分束膜的光强反射率R2和材料的吸收系数α有关的透射效率函数所决定。通过分析论证,对于本文所研究的光谱波段,可以不考虑材料的吸收,所以透射效率主要由R1和R2决定。由此,将透射效率作为设计指标,根据系统的设计需求,就可以得到增透膜与分束膜光强反射率的容限值。