高性能FTIR光譜儀數(shù)據(jù)采集與處理方法研究.pdf

1、針對高性能的FTIR儀器對高精度采樣與處理方法的需求，本文研究了采樣誤差對干涉圖的影響，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于“Brault”方法改進(jìn)的數(shù)據(jù)采樣與處理方法，在此基礎(chǔ)上研究了同步采樣方法，最終對基于“Brault”方法改進(jìn)的數(shù)據(jù)采樣與處理方法進(jìn)行了測試分析。
　　分析了FTIR光譜儀中幾種典型的采樣誤差，并基于這幾種誤差類型，針對入射光源為單色光和復(fù)色光的情況，分別建立了理想情況和存在采樣誤差時(shí)干涉圖的數(shù)學(xué)模型，并對其進(jìn)行了模擬仿真。計(jì)算

2、了復(fù)色光時(shí)不同采樣誤差下光譜強(qiáng)度的相對誤差。
　　利用基于激光觸發(fā)采樣與處理方法的系統(tǒng)，研究了干涉圖相位校正過程中數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)對復(fù)原光譜的影響，對比分析了Mertz相位校正方法中使用65536數(shù)據(jù)點(diǎn)與1024數(shù)據(jù)點(diǎn)參與相位校正后儀器信噪比的變化情況。結(jié)果表明，使用65536數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行相位校正后的光譜在2100～2200cm-1和2500～2600cm-1波段范圍的儀器信噪比分別是后者的1.9和3.4倍。由于激光觸發(fā)采樣方法不能通過后期

3、的相位校正改進(jìn)干涉儀動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)不均勻所引起的采樣誤差。因此高性能FTIR光譜儀的研制需要對數(shù)據(jù)采樣及處理方法進(jìn)行改進(jìn)，研究一種環(huán)境適應(yīng)性好，采樣頻率較高的干涉圖重建方法。所以研究并實(shí)現(xiàn)了基于“Brault”方法改進(jìn)的數(shù)據(jù)采樣及處理方法。其可以降低對光路穩(wěn)定性、準(zhǔn)直性的要求，簡化光路調(diào)節(jié)過程，增大測量范圍。
　　研究了等時(shí)間同步采樣方法，其對激光與紅外信號的采樣和插值操作都是同步的，保證了時(shí)間上的一致性，簡化了激光干涉信號過零點(diǎn)信息的

4、提取，降低了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度。
　　對比研究了“Brault”方法改進(jìn)采樣及處理方法和激光觸發(fā)采樣方法的數(shù)據(jù)處理時(shí)間及儀器信噪比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于“Brault”方法改進(jìn)的數(shù)據(jù)采樣及處理方法該方法得到的信噪比更高，是后者的1.4倍。
　　以空氣中CO2、 CO、CH4氣體為例，比較了兩種方法能夠得到的檢測限及檢測精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于“Brault”方法改進(jìn)的數(shù)據(jù)采樣方法得到背景空氣中的CO2、CO、CH4的檢測限分別是