基于LabVIEW的光纤傅里叶变换光谱仪数据处理技术

为了提高编程效率与增强光谱仪数据分析处理能力,结合LabVIEW软件在信号处理方面的优势,利用虚拟仪器技术实现了光纤傅里叶变换光谱仪干涉图处理与光谱复原。采用均匀抽样算法,利用由光纤Mach-Zehnder干涉仪输出的参考光干涉图过零点取样,实现对测试光干涉图的等光程间隔采样,消除了由压电陶瓷非线性光程调制引起的误差。采用求摸法复原出光谱图,自动消除了相位误差。利用LabVIEW软件完成了对宽带ASE光源的干涉图数据采集、显示与处理并最终得到光谱图。结果表明,与光栅光谱仪测得的光谱相比,光谱线型趋于一致。

全光纤傅里叶变换光谱仪消偏振衰落技术研究

针对全光纤傅里叶变换光谱仪中光束偏振态在双折射影响下带来的干涉信号"偏振诱导衰落"现象导致测量光谱畸变的问题,根据偏振光学原理,分析了光纤应力、弯曲和扭曲导致的双折射对传输光束偏振态的影响,找到了FFTS在测量宽谱光源发射谱时出现谱线畸变的原因,提出了建立偏振态反馈控制系统来稳定干涉信号可见度的方法.实验结果表明,该方法消除了偏振态变化对测量光谱的影响.

光纤傅里叶变换光谱仪中谱线相位误差的乘积法校正

在光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)中由于抽样误差和光纤色散等原因引起相位误差导致谱线畸变．乘积法在频域实现相位误差校正,通过短双边干涉图和单边干涉图分别计算出低分辨率和高分辨率的相位谱及幅度谱,并用两个相位谱差的余弦乘以高分辨率的幅度谱得到相位误差校正的谱．讨论了两种截断函数情况下用乘积法计算得到相位误差校正后的光谱．相位校正后的谱和标准谱线比较,二者基本重合．在光纤色散存在的条件下,乘积法仍然有效地消除了谱图中相位误差,证明了FFTS中乘积法校正相位误差的有效性．该方法比双边干涉图法具有较高的光谱分辨率,光谱的基线并不会因噪声而升高,且比卷积法计算简单、速度快、实时性好,可广泛应用到FFTS中．

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。

“工程光学”傅里叶变换光谱仪实验设计

“工程光学”是测控技术与仪器等专业重要的专业课程,该课程理论性较强,学生往往对课程涉及的物理原理认识不够深刻,难以应用到实践当中。通过设计傅里叶变换光谱仪实验,将仪器设计和研发实践融入到理论学习当中,有助于提高学生的创新精神和实践能力,探索工程实践与课堂教学的有机融合模式。

光纤傅里叶变换光谱仪中光程差调制方案的探讨

本文在介绍光纤傅里叶变换光谱仪相对于传统傅里叶变换光谱仪优点的基础上,指出了当前光纤傅里叶变换光谱仪进行实验研究的热点集中于OPD调制技术,并就现有的OPD调制方案进行了分析和比较.最后分析了光纤傅里叶变换光谱仪研制过程中需要解决的技术问题.

全光纤傅里叶变换光谱仪的关键技术研究

研究一种基于光纤Mach-Zehnder干涉仪结构的全光纤傅里叶变换光谱仪(fiber fourier transform spectrometer,FFTS)。设计了光程调制范围可达2 cm的压电陶瓷光纤相位调制器,代替传统傅里叶变换光谱仪中的动镜产生光程扫描。实验中采用1 310 nm DFB激光器作为参考光源,对测试光干涉图进行等光程间隔采样,以消除压电陶瓷非线性光程调制产生的误差。通过对测试光干涉图做傅里叶逆变换得到测试光光谱图。利用该FFTS系统测量了ASE宽带光源的光谱,并将测量结果和光栅光谱仪测量结果进行了对比,结果表明两者所测ASE光谱线型一致。最后,利用光纤光栅作为样品,对FFTS系统的光谱分辨率进行了检测,光谱分辨率达到了0.78 cm-1。

光纤傅里叶变换光谱仪光谱复原软件开发

为了满足快速光谱测量的需要,研发了一台光纤傅里叶变换光谱测量装置。介绍了该测量装置的上位机数据采集和光谱复原软件的开发,包括主程序结构和复原算法等。该软件能对干涉信号进行实时采集、处理与显示,所得光谱与标准谱谱型一致,光谱分辨率可以达到0.78 cm-1,能满足实际应用的需求。

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。

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。

光纤傅里叶变换光谱分析装置

报道了一种新的光谱测量方法基于单模光纤Mach-Zehnder干涉仪（FMZI）结构的傅里叶变换光谱分析法。在传统傅里叶变换光谱仪（FTS）中，用光纤代替传统光路：用光纤耦合器取代传统分束器；用压电光程调制器取代传统移动镜；从而构建了光纤傅里叶变换光谱仪（FFTS）。利用该FFTS测量了LD在阈值以下的发射光谱并与光栅光谱仪测量结果进行了比较，结果表明测量结果是相互吻合的。初步的实验中由于光程调制有限，光谱分辨率为～7cm^-1，改造光程调制器可进一步提高光谱分辨率，汪明了FFTS用于分析光谱的可行性。

激光告警系统中小型静态傅里叶变换光谱仪的研究

相干激光告警接收机较光谱识别型激光告警接收机有着不可比拟的优点,在相干激光告警中实时可靠地获取敌方来袭激光的光谱细节具有重要意义。文章介绍的基于等效斜楔干涉具和线阵CCD的小型静态傅里叶变换光谱仪,是相干激光告警接收机的重要组成部分,其光学部分由一个等效斜楔干涉具和柱面镜组成,内部不含扫描部件,具有体积小、成本低、结构简单、性能稳定、光谱检测速度快等优点,可以满足脉宽大于等于10 ns脉冲激光信号光谱高速探测的要求。该光谱仪波长范围从400到1 100 nm,波长分辨率小于10 nm。文中详细介绍了该光谱仪的设计方法和关键光学元件的设计原理,进行了相关的性能分析,构建了实验系统,应用该实验系统对7个中心波长分别为635,650 nm等的半导体激光器进行了光谱测试,并将测试结果与使用日本Advantest公司的Q8344A型光谱仪测得的结果进行了比较,得到中心波长平均误差为0.269 nm,绝对平均误差为0.919 nm。波长分辨率最小为1.170 nm,最大为8.845 nm,且有较高的信噪比。

新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪的设计与仿真

傅里叶变换光谱仪(FTS)在光谱分析中的应用越来越广泛,并且其微型化的趋势也愈加明显。文章设计了一种新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪。在介绍其结构理论的基础上,对其空间的光强分布进行了模拟,通过对该结构下引起相位误差因素的详细分析,采用改进的Mertz相位校正方法对小双边的采样数据进行了光谱复原,其理论分辨率可达到3.43nm@800nm,信噪比的理想分辨极限为6.8dB。该结构的微型FTS可以用微机械加工的方法来实现,具有性能稳定,误差容易校正等优点,文章对空间调制微型傅里叶变换光谱仪的结构设计及仿真,为微型FTS的微机械加工实验提供了理论支持,还为微型傅里叶变换光谱仪的进一步应用提供了更广阔的空间。

傅里叶变换红外光谱仪动镜倾斜误差分析

通过建立傅里叶变换光谱仪中动镜、定镜和干涉面的坐标对应关系,对动镜存在多个方向倾斜时的干涉光路进行了详细的分析。建立了非准直状态下干涉面光强分布的二维数学模型,确立了干涉图函数的数学表达式,从调制度、相位误差和频率噪声的角度,对动镜倾斜造成的影响进行了系统分析。在动镜的运动中,左右方向的倾斜和俯仰方向的倾斜对系统的影响彼此具有独立性,又具有叠加性;干涉图中初相位因子随光程差改变缓慢变化或快速变化,对相位误差的影响也不全相同。在倾斜误差分析的基础上,对动镜的最大倾斜角度和减少误差的方法进行讨论,并提出了两种动态准直校正的思路。

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 。

紫外傅里叶变换光谱仪干涉图数据处理

阐述了干涉图数据处理方法 ,采用紫外傅里叶变换光谱仪实验测量了汞灯光谱干涉图。使用四阶Blackman Harris窗函数作为切趾函数 ,采用最小二乘法拟和多项式对光源傅里叶变换光谱进行相位校正 。

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。

基于傅里叶变换光谱技术的Zoom-FFT算法研究

在分析经典的Zoom-FFT算法基础上,提出一种基于傅里叶变换光谱技术的Zoom-FFT算法,用matlab仿真常规FFT算法和Zoom-FFT算法,对不同采样步长的干涉条纹进行数据处理,通过反演出的光谱曲线图和原始光谱曲线图可以看出:采样步长小于20μm时,FFT和Zoom-FFT算法都可以反演出光谱;而当采样步长大于20μm且小于33.3μm时,FFT算法未能反演出光谱,而Zoom-FFT算法仍然可以反演出光谱。

傅里叶变换中红外光纤光谱法用于腮腺肿瘤的检测

采用红外光谱仪与中红外光纤、衰减全反射(ATR)探头联用对40例腮腺肿瘤患者的腺体体表皮肤进行了测定,并以病人术后肿瘤标本病理观察结果为判断标准,对良性及恶性肿瘤光谱进行了判别,发现光谱法判别结果与病理诊断结果基本一致.实验结果表明,正常腮腺、良性和恶性腮腺肿瘤体表皮肤的FTIR光谱中存在显著的差异,用相关吸收峰的峰形、峰位和峰强可以表征这些差异.研究进一步发现,对于不同类型的恶性肿瘤,其体表组织的红外光谱主要差别在于1500～1000cm-1区域内峰形及峰位的改变.根据这一区域的差异可以将恶性肿瘤分为两大类:一类恶性肿瘤具有上述的光谱特征(如腺泡细胞癌、嗜酸细胞腺癌和腺样囊性癌等),另一类恶性肿瘤因为类型的不同在1500～1000cm-1区域内峰形及峰位发生了很大的变化,不同于上述的光谱特征.

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。