基于DSP的弹光调制干涉具干涉数据的实时处理系统

弹光调制干涉具中光程差的非线性带来了干涉信号的非均匀变化,在光谱复原过程中,如不对干涉数据修正直接采用快速傅里叶变换(FFT)复原光谱会导致光谱严重失真,难以满足实时处理要求。首先提出采用非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)实现光谱复原,其次设计了一种基于高性能DSP芯片OMAP-L138的干涉数据处理系统,它将高速数据采集卡PCI-5122采集到的671.1nm激光干涉数据进行存储并完成其实时光谱复原。研究结果表明:这套干涉数据实时处理系统操作简单,运行可靠。复原671.1nm激光的波长误差小于1nm,谱线位置误差小于0.1%,为后期采用高性能DSP的弹光调制傅里叶变换光谱仪提供了很好的前提基础。

弹光调制干涉具热动态模型及频率漂移的研究

为了解决弹光调制干涉具中因高频振动产生的热量引起的谐振频率漂移问题,根据相似与模化理论,建立了弹光调制干涉具热动态模型,得到了弹光调制干涉具中干涉具谐振频率、干涉具温度和外界驱动信号之间的非线性函数关系,并最终推导出了反馈电流和反馈电流相对于驱动电压的相位的关系、干涉具中温度随时间的变化率和谐振频率随时间的变化率方程,以及得出了干涉具热动态模型的频率稳定状态方程。结果表明,根据热反馈机制,必须采用锁相跟踪原理,时刻保持驱动频率与干涉具谐振频率一致,才能保证干涉具工作的稳定性。

弹光调制干涉具共振热动态模型的分析与研究

为了解决弹光干涉具在工作时,由于机械振动和外界环境温度引起的晶体内部温度累计从而导致共振频率漂移的问题,建立了弹光调制干涉具共振热动态模型。通过对串联共振模型的阻抗特性分析,得到了弹光调制干涉具的热耗散功率、反馈电流和反馈电流相对于驱动电压的相位的关系。通过对热动态模型共振单元的分析,最终推导出了干涉具中温度随时间的变化率和共振频率随时间的变化率方程,以及得出了干涉具共振热动态模型的频率稳定状态方程。分析结果表明,为了保证弹光干涉具得到最大光程差,必须采用锁相频率跟踪,时刻保持驱动频率与干涉具共振频率一致。

弹光调制器压电晶体阻抗匹配特性的研究

根据弹光调制干涉具的工作原理,利用等效电路的方法,对压电晶体的阻抗特性进行了分析与计算,推导出了压电晶体与信号源间的理想匹配条件,得出了匹配网络中电感、电容的理论关系。根据理论关系,在信号源与压电晶体间作相应的阻抗匹配,搭建系统并进行相关实验验证。实验结果表明,通过该阻抗匹配网络,可使弹光调制干涉具的振动性能达到最佳,提高了驱动控制器的电品质因数,进而将弹光调制干涉具调制光程差提高了40%,达到了提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率的目的。

弹光调制光电转换放大电路设计

弹光调制干涉具调制的干涉光被探测器接收后输出高速变化的微弱电信号,能否将该电信号提取并放大输出对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的研制至关重要。通过对调制干涉光进行理论分析,设计一种具有高信噪比和较高带宽的光电转换放大电路,主要由电源电路、光电转换电路、放大电路、理论通频带为100kHz～3.5MHz的带通滤波电路组成。实验结果表明:设计的电路能够将探测器输出的最大频率为1.6MHz的信号放大至670mV左右,实现了将探测器输出的微弱速变电信号从背景噪声中有效提取与放大,为后续傅里叶变换提供可靠数据。