高精度紫外标准辐射计

以美国国家标准研究院(NIST)标准探测器为核心,加入分光系统,数据采集系统,共同构建一套具有自身响应度标准的高精度紫外标准辐射计.并对其内部核心元件进行了性能测试,在NIST标准探测器响应度已知的情况下,经过理论推导并加入相应的修正因子,最终得到高精度紫外标准辐射计的响应度标准.并对高精度紫外标准辐射计进行了精度(达...     

基于DSP的激光自混合干涉测振仪信号采集与处理系统

结合三角波电流调制型激光自混合干涉技术,设计了基于DSP的数据采集与处理系统,完成了对来自光电探测器的干涉信号的采集与处理。该系统接口电路简单灵活,具有采样频率可由程序设置、采集速度和精度较高,并且可以实现6通道同步采样转换的特点。实验结果表明,该数据采集与处理系统完全能够满足高速交变激光自混合干涉信号的采集与处理在实时性和高精度方面的要求。     

星上定标系统探测器高精度信号处理电路的实现

针对星上定标系统对探测器信号处理的技术要求,采用高精度模数转换器件-VFC型A/D转换器AD650设计了一种从光电流转换为频率输出的高性能转换电路.以硅陷阱探测器为基础研制了标准探测器,介绍了标准探测器的组成及光学原理,说明了VFC型A/D转换电路的设计思想和实现方法.该电路利用积分原理,将输入电压(或电流)转换成频率输出,脉冲频率与输入电压(或电流)成比例,其精度高、线性度好,转换位数与速度可调,与CPU连线很少.对光谱辐亮度的探测实验表明,以此原理设计的电路其输出频率非线性误差为0.23%,非稳定性误差为0.020%/h,结果满足系统设计要求.     

阵列LED油品检测系统的设计

为了实现对输油管道上油品的测量,本文根据近红外光谱分析的基本原理,以及汽油和柴油的实际光谱图像的差异,设计了基于LED阵列的油品测量实验系统。该检测系统采用模块化设计,以多个不同中心波长的近红外LED组成阵列作为光源,并选用TI公司推出的带24位ADC的系统级高精度微控制器——MSC1211为系统的数据采集及控制核心,使系统具有体积小、结构简单、分立器件少、集成度高的优点。这些特性为系统在输油管道上的应用奠定了基础。     

基于MEMS微镜的长波近红外光谱仪的设计与实现

为适应光谱仪微型化、集成化的发展趋势,详细分析了MEMS微镜应用于微型长波近红外光谱仪的方法和涉及的主要问题,例如分光系统的设计、MEMS微镜的选择、探测器与前置放大电路的设计等。并将50 Hz谐振频率、峰峰驱动电压为10V的MEMS微镜、高灵敏度的InGaAs单元探测器,结合立特罗式分光光路,设计和实现了900～2 055 nm波段的微型长波近红外光谱仪样机,其中1 000～1 965 nm谱段的光谱分辨率介于9.4～16 nm之间。采用MEMS扫描微镜技术后,一方面简化了光谱仪中的复杂机械结构,使尺寸可以更小;另一方面实现了单探测器的长波近红外光谱仪,与阵列长波近红外探测器光谱仪相比,成本有所降低。作为应用实例,此样机成功对纯水以及乙醇-水溶液的长波近红外光谱进行了测量,实现了乙醇-水溶液的浓度预测分析,其中本样机测量的纯水长波近红外光谱与文献相符。     

真空紫外探测器辐射定标研究

为了满足紫外光学遥感信息定量化发展的要求,构建了一套高精度真空紫外探测器辐射定标系统,以美国国家标准技术研究院(NIST)真空紫外标准探测器为标准,在120～220 nm波段上,对量子效率未知的EMR541-09-17紫外光电管进行了定标。按照国际通用不确定度评估规范,对测量结果进行不确定度分析和评估.总的传递不确定度小于2.4%。达到了在真空紫外波段对紫外探测器进行高精度定标的要求。     

PIN光电二极管探测器响应特性测试

介绍了PIN光电二极管探测器的工作原理及基本结构,设计了探测器的测试系统,说明了测试系统中各个组成部分的结构和功能.利用该系统对PIN管光探测器电路的电特性进行了测试,测试结果表明PIN光电二极管探测器的响应特性符合技术要求.     

抗混叠滤波设计在数据采集系统中的应用

数据采集的抗混叠滤波,在电路设计中是很重要的考虑因素。在数据采集系统中,对一定带宽的模拟信号, 采样率必须满足奈奎斯特采样定理,否则将产生混叠现象。本设计在信号调理部分及A/D采集部分均采用了抗混叠设计,FPGA采用XILINX公司的XC3S400作为主控制器。综合各个环节,提出了高精度数据采集中抗混叠滤波设计的方法,并简单介绍了AD采样与模拟开关切换时序设计,为高精度数据采集系统的设计提供了十分有益的参考。     

高速便携式近红外光栅光谱仪光电系统设计

设计制作了一种基于线阵CCD和USB2.0数据采集系统的高速便携式近红外光栅光谱仪。分光系统采用平面光栅、球面反射镜的准直和成像系统,实现了平谱面和较小的谱线弯曲（﹤4.2%）,利于CCD探测器接收。测控系统采用FPGA和USB2.0接口技术,不仅优化了硬件电路结构,而且大大提高了数据采集速度,最快可达2MB/S。对测量结果进行分析,并给出了波长标定结果。实验结果表明,该光谱仪高速便携,波长精度可达1nm。     

基于近红外光电技术的脑水肿无创监测方法

提出了基于近红外光电技术的脑水肿无创监测方法,对大鼠脑水肿的程度进行无创监测.阐述了监测设备的测量原理和系统组成,并对大鼠实验数据结果进行了分析.监测系统光源选用760 nm和程序850 nm的双波长发光二极管,通过恒流源电路驱动进行驱动.选用OPT101作为检测器,用锁相放大电路和滤波电路对所测信号进行处理.在LabVIEW环境下通过数据采集卡进行数据采集,并进行后期处理,该系统能够实时测量大鼠脑组织的血氧变化.利用该系统测量脑水肿模型的大鼠,分析了光强、血氧参量的变化与脑水肿变化的关系.研究结果表明近红外光电技术可应用于对大鼠脑水肿程度进行无损监测.     

可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计

针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪.光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400～1000 nm波段,近红外相机工作在1000～1700 nm波段.光谱仪控制系统以现场可编程门阵列...     

Raman spectroscopy of Chinese human skin in vivo

A novel and compact near-infrared (NIR) Raman system is developed using 785-nm diode laser, volumephase technology (VPT) holographic system, and NIR intensified charge-coupled device (CCD). Signal-tonoise ratio (SNR) and resolution are improved compared with ordinary acquisition method by a specially designed optical fiber detector and the spectrograph image aberration correction with a parabolic-line fiber array. In 1-5 s, Raman spectra of different parts of Chinese human skin are acquired. Autofluorescence is subtracted from the raw spectrum by polynomial fitting and skin Raman spectrum is then smoothed for further analysis.     

可见近红外波段光谱辐射采集系统的设计与应用

针对目前卫星遥感器进行场地定标的光谱观测仪器的应用需求，设计了可见近红外波段(0.4 μm~1.0 μm)的光谱辐射采集电路系统，并结合光谱辐射采集模块进行了应用与数据分析。重点介绍了线阵探测器的选型与驱动需求，并完成了基于STM32微处理器的设计。结合辐射观测需求，在信号处理部分使用仪表放大器运放对探测器的模拟输出信号进行处理，并采用STM32内部的A/D转换器采集。分析数字信号输出的结果，该辐射测量电路系统的的采集数据达到了1 LSB的数据精度(≤0.8 mV)。探测器电路系统应用到光谱辐射采集模块中，进行了户外应用与数据分析，光谱辐照度比对结果的偏差小于5%。光谱辐照度的比对结果证明整个系统可以直接进行产品应用，满足野外辐射测量数据的可靠性获取。     

基于无人机遥感的不同施氮水稻光谱与植被指数分析

卫星遥感空间分辨率低且易受大气、云层、雨雪等因素的影响。本文使用共轴十二旋翼无人机搭载光谱仪构成农情遥感系统。首先,给出自主设计的无人机结构和飞行控制系统,围绕飞行平台、控制系统、遥感载荷构建了多环节数据备份的无人机遥感数据采集系统;然后,试验测试4种施氮水平水稻的光谱指数变化规律;最后,通过试验数据分析可得:在可见光区水稻冠层光谱反射率随氮素水平增加而减小,在近红外区,光谱反射率一开始随氮素水平增加而增大,但氮素水平增大到一定程度后再增加氮素导致反射率降低。在4种氮素水平下,水稻植被指数RVI和NDVI由分蘖期到拔节期先增大,然后至抽穗期又逐渐减小,且抽穗期RVI和NDVI值小于其分蘖期RVI和NDVI值。试验表明以多旋翼无人机为平台搭载光谱仪器构成农情遥感监测系统用于反演作物植被指数方面是可行的。本文设计的无人机遥感数据采集系统能够有效、实时获取遥感信息,其获取的高空间分辨率和光谱分辨率的农田实时信息能够为作物长势的分析、健康状况的监测提供必要的数据支持。     

捷联寻北信号采集系统研究

基于捷联寻北信号采集系统,提出了一种在不同地理纬度下准确获得陀螺数据拟合曲线的方法。首先计算得出了在不同地理纬度下动调陀螺输出的电流大小,根据其变化调整信号采集模块的采样电阻值,设计了基于数字电位器的自调整采样电阻系统;然后数据处理系统根据采集到的陀螺信号自动计算工作地点的地理纬度,自调整采样电阻系统通过地理纬度自动设置采样电阻的阻值,进而获得准确的数据拟合曲线。本方法确保了寻北仪在不同地理纬度时满足寻北精度要求,适应性强,稳定性高。     

非均匀固体籽粒近红外光谱采集方法研究

近红外光谱定性分析技术研究中实验对象主要包括液态物质、粉末状物质和非均匀固体颗粒物质。液态物质与粉末状物质属于均匀分布被测对象,光谱采集与分析相对容易。而非均匀固体样品大小不一、形态各异、内部物质分布不均匀,近红外光谱中既包含定性分析中需要提取的种类信息,又包含需要消除的个体差异信息,因此相对于均匀分布的液体或粉末状物质,非均匀固体分析难度更大。目前国内外尚未建立对于大小不一、形状各异的非均匀固体颗粒物质的有效近红外定性分析方法。以非均匀固体谷物玉米籽粒为主要研究对象,在研究多种光谱采集方式的基础上,分析了非均匀固体籽粒光谱采集的特点,设计了针对非均匀固体籽粒的光谱采集装置,为确保实验结果的客观性,采用了朴素贝叶斯分类器、K近邻、支持向量机、BP神经网络、仿生模式识别等5种模式识别方法,建立在漫反射及漫透射方式下单籽粒玉米近红外光谱多品种定性分析模型,并对漫反射与漫透射方式下所建立的定性分析模型进行对比实验,分析胚面朝向对玉米单籽粒的漫反射与漫透射光谱定性分析模型鉴别效果影响,测试集与建模集时间间隔长短对漫反射及漫透射方式下玉米单籽粒品种鉴别精度的影响。实验结果表明采用漫透射方式建立的模型不易受到非均匀固体籽粒摆放方式的影响,且模型具有更好的泛化能力,为后续研究提供可行光谱采集方法。以非均匀固体玉米籽粒为主要实验对象,对其采集方法与定性分析模型进行研究,可为类似形态被测物体的近红外光谱定性分析提供有益借鉴,具有重要研究意义。     

基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪光学系统设计

为了降低双目瞳孔检测系统放大率对瞳孔位置的敏感性,设计了一款基于近红外远心镜头的双目瞳孔检测仪。阐述了系统中的核心部件——近红外远心镜头光学参数的计算过程,分前后组进行设计,并运用Zemax完成光学系统优化,以全视场MTF、全视场最大畸变和物方远心度为指标对系统进行公差分析,利用标准圆对仪器进行标定,拟合出像素数和瞳孔大小的对应关系。结果表明,对于55 mm~75 mm的瞳距,瞳孔的直径测量精度可达0.05 mm,满足使用要求。     

基于LabVIEW的光学相干层析成像控制系统

 为了实现对光学相干层析成像系统的实时自动监控,在光学相干层析成像技术的基础上以LabVIEW为开发平台,设计调试了一套生物组织光学特性测量的控制系统。该系统主要包括参考臂驱动程序模块和数据采集卡的数据采集程序模块,各模块既相互独立又有机地组成一个整体。使用该系统对不同浓度的Intralipid组织模拟液进行了测量,实验结果表明模拟液的散射系数可靠,而且系统具有开发周期短、成本低、维护简单、可移植性强等特点。     

静态磁场测试平台的采集监控系统的设计与实现

介绍了静态磁场测试平台的结构和特点,详细描述了采集监控系统的体系架构,该系统是由数据采集管理系统和操作监控平台组成的。根据该系统的特点,设计了基于Qt的数据采集管理系统和基于EPICS的操作监控平台。该系统实现了对静态磁场测试平台的实时控制、设备状态检测及监控、数据采集、存储及查看。该应用运行稳定,能满足静态磁场测试平台对采集监控的需求。