【摘 要】
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微型近红外光谱仪作为一种精密检测仪器以其体积小、成本低等特点被广泛应用于农业检测、工业生产、食品安全、地质勘探等领域。论文面向电磁式MOEMS(Micro-Optic-Electro-Mechanical-System)扫描光栅微镜为核心器件的微型近红外光谱仪的需求,针对光谱信号的准确提取与光谱数据的采集、大容量存储以及实时传输等问题。开展基于电磁式MOEMS扫描光栅微镜的微型近红外光谱仪光谱信号
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微型近红外光谱仪作为一种精密检测仪器以其体积小、成本低等特点被广泛应用于农业检测、工业生产、食品安全、地质勘探等领域。论文面向电磁式MOEMS(Micro-Optic-Electro-Mechanical-System)扫描光栅微镜为核心器件的微型近红外光谱仪的需求,针对光谱信号的准确提取与光谱数据的采集、大容量存储以及实时传输等问题。开展基于电磁式MOEMS扫描光栅微镜的微型近红外光谱仪光谱信号获取关键技术的研究,需求明确。论文在分析研究国内外基于MOEMS技术的微型近红外光谱仪与光谱信号获取系统研究现状的基础上,分析了基于电磁式MOEMS扫描光栅微镜的微型近红外光谱仪光谱信号获取系统的工作原理和设计需求;提出了光谱信号获取系统的总体设计方案,完成了光谱信号获取系统的硬件电路制作与软件系统开发,在搭建的测试平台上完成了光谱信号获取系统的性能测试,为基于电磁式MOEMS扫描光栅微镜的微型近红外光谱仪开发奠定一定的基础,论文的主要工作总结如下。(1)在分析研究微型近红外光谱仪与光谱信号获取系统国内外研究现状的基础上,结合现有的微型近红外光谱仪的光谱信号获取系统的技术难点,提出了本文的主要研究内容;在分析电磁式MOEMS扫描光栅微镜和微型近红外光谱仪的结构与原理的基础上,确定了光谱信号获取系统的设计需求以及关键技术,提出了光谱信号获取系统的总体设计方案;(2)完成了光谱信号获取系统的硬件电路设计。从高增益、低噪声的角度对工作在光伏模式下的G12181-005K光电探测器的预处理电路进行理论分析与仿真设计,旨在降低外界环境噪声对目标信号的影响。针对光谱信号获取系统高精度、实时性等要求,设计了由AD9826、EP4CE10F17C8N、W9812G6KH-75、CY7C68013A等构成的高速实时数据采集系统。结合信号完整性的知识与相应的电路设计软件,完成了光谱信号获取系统四层PCB版的绘制;(3)基于光谱信号获取系统的功能需求,完成了光谱信号获取系统的软件设计。通过Quaturs II和Altera-Modelsim软件设计基于Verliog HDL语言的时序逻辑控制系统;为了保证数据能够被实时有效的传输至上位机,通过Cy Suite USB开发套件完成了USB2.0固件和驱动程序的编写,并在Visual Stutdio 2013的MFC环境下开发并发布了基于C++语言的上位机软件;(4)完成了光谱信号获取系统的硬件电路测试、时序控制逻辑的板级验证以及上位机软件的功能测试。在搭建的测试平台上进行了光谱信号获取系统的性能测试。其前置放大电路的信号测量均值为344.2 m V,信号误差范围为1.27%;数据采集系统的上传速率最高可达39.02 Mbit/s,数据误差范围为1.7%,数据存储容量最大为128 Mbit。测试结果表明光谱信号获取系统满足设计需求。
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