基于DSP技术的干涉光谱仪的研究

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光谱仪在宇航、遥感、生化、环保、天文、红外物理、核磁共振、等离子体诊断以及信息处理的各个领域都有着广泛的应用。其中傅里叶变换光谱仪以其扫描速度快、波数准确度高、光谱范围宽、结构简单的优点,得到了快速的发展。傅里叶变换光谱仪涉及到干涉学、光谱学、调制技术和计算机技术等多个学科,被世界公认为分光技术最优越的光谱仪。传统的傅里叶变换光谱仪都是采用迈克尔逊干涉仪作为干涉装置,对仪器的机械加工和装配精度的要求都比较高。而且由于傅里叶变换光谱仪的计算量比较大,一般需要在计算机上完成傅里叶变换的计算。这样就限制了傅里叶变换光谱仪的小型化和稳固性。近年来,随着干涉装置的发展,出现了渥拉斯顿棱镜的偏振光干涉装置。其光路系统无需运动部件,整体结构简单稳固,机械精度要求不高,而且可以对脉冲光进行单次光谱测量。经过改进的渥拉斯顿棱镜干涉装置,光学元件更少,光路结构更加紧凑可靠。此外,由于高性能的数字信号处理器(DSP)的出现,为傅里叶变换的计算提供了新的解决方案。这样一来,就可以使傅里叶变换光谱仪的稳固性、便携性和实时分析能力得到提高。论文中首先阐述了傅里叶变换光谱仪以及偏振光干涉装置的一般理论;根据改进型渥拉斯顿棱镜的干涉装置和数字信号处理器TMS320LF2407A DSP的特点,设计了一种新型的傅里叶变换光谱仪。该光谱仪通过DSP来驱动线阵CCD、采集干涉信号、完成模数转换、实现2048点FFT计算、并驱动LCD显示器显示测量结果。在文中详细介绍了整个电路系统各个部分的组成以及电路的工作原理,重点介绍了TMS320LF2407A DSP单元的电路。此外,在文中还介绍了光谱仪系统的控制和信号处理软件的结构和工作流程,详细分析了2048点FFT在TMS320LF2407A DSP上的实现。整个光谱仪结构紧凑、稳固,具有较好便携性,以及独立实时分析处理数据的能力,并且可以与PC机交换数据。在633nm处能实现光谱分辨率2.5nm。它的实现对于采用更高性能DSP的傅里叶光谱仪提供了很好的前期基础。
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