基于數(shù)字鎖相放大器的拉曼光譜信號檢測.pdf

1、拉曼光譜技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展已經(jīng)成為一門比較成熟的技術(shù)，它依靠自己獨特的優(yōu)勢目前已被廣泛應(yīng)用于物質(zhì)鑒定與分子結(jié)構(gòu)研究等相關(guān)領(lǐng)域中。在實際應(yīng)用中拉曼光譜信號通常十分微弱，常見的檢測手段往往不能達(dá)到檢測靈敏度要求，在這一關(guān)鍵問題上科學(xué)家們提出了許多解決方法，出現(xiàn)了一系列拉曼光譜增強(qiáng)技術(shù)，例如共振拉曼光譜技術(shù)和表面增強(qiáng)光譜技術(shù)等，這些方法有效地增強(qiáng)了拉曼光譜信號的強(qiáng)度，從而很好提高了檢測靈敏度。雖然目前在拉曼光譜信號強(qiáng)度增強(qiáng)方面已經(jīng)取得成功

2、，但是直接檢測微弱的拉曼光譜信號卻很少被嘗試。隨著微弱信號檢測理論和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟，微弱信號檢測水平有了很大的進(jìn)步，這也為拉曼光譜信號檢測靈敏度提高提供了新的思路。
　　在微弱信號檢測領(lǐng)域，鎖相放大器是一個非常有代表性的產(chǎn)品。鎖相放大器以相關(guān)檢測為理論基礎(chǔ)，利用參考信號與待測信號相關(guān)性強(qiáng)，與噪聲信號相關(guān)性弱的特點，將信號從大量背景噪聲中檢測出來。最初鎖相放大器都是由模擬器件構(gòu)成，而模擬器件往往存在固有的溫漂、容差等缺陷，隨著

3、數(shù)字信號處理技術(shù)以及高性能的數(shù)字信號處理硬件的逐漸普及和應(yīng)用，鎖相放大算法都可以利用數(shù)字信號處理技術(shù)來完成，數(shù)字鎖相放大器逐漸取代了傳統(tǒng)模擬鎖相放大器成為主流。
　　本論文綜合考慮了拉曼光譜與鎖相放大技術(shù)的需求和技術(shù)特點，利用數(shù)字信號處理硬件設(shè)計了一套數(shù)字鎖相放大系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于拉曼光譜信號檢測中，來提高拉曼信號檢測的精度。
　　在論文結(jié)構(gòu)上，首先介紹拉曼光譜技術(shù)、鎖相放大器的相關(guān)知識背景，從而提出了使用鎖相放大器來解決拉

4、曼光譜信號檢測的方案，針對方案本論文設(shè)計了一套基于dsPIC33FJ256GP710 DSC的數(shù)字鎖相放大器系統(tǒng)，在硬件部分主要介紹了激勵信號產(chǎn)生模塊、模擬電路模塊、數(shù)字系統(tǒng)模塊以及上位機(jī)模塊四個主要部分的設(shè)計;在軟件部分主要由DSC程序設(shè)計和PC上位機(jī)程序設(shè)計兩個部分構(gòu)成，詳細(xì)介紹了鎖相放大器核心算法以及PC上位機(jī)C＃數(shù)據(jù)接收程序。
　　論文實驗分為兩個階段，首先論文設(shè)計了驗證性實驗，該實驗運(yùn)用了惠斯通電橋在應(yīng)力檢測中的經(jīng)典模型

5、，使用三個相同阻值電阻，通過改變被測電阻阻值來破壞電橋平衡并輸出電壓信號的，利用本設(shè)計中的數(shù)字鎖相放大器對信號進(jìn)行測量，進(jìn)而換算出被測電阻阻值。實驗結(jié)果準(zhǔn)確測得電橋輸出信號，從而在驗證了本設(shè)計中的數(shù)字鎖相放大器硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法的可行性;在第二階段實驗為論文的核心實驗，在這一階段主要的實驗任務(wù)是將本設(shè)計中的數(shù)字鎖相放大器應(yīng)用于了拉曼光譜采集系統(tǒng)中。實驗搭建了一套簡易的拉曼光路，利用斬光器設(shè)計了一套數(shù)字鎖相放大器參考信號的獲得方法，使用光