劉茜基于DSP的FTIR光譜儀定鏡調(diào)整系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

PAGE分類號(hào)TP273.5 密級(jí)UDC 編號(hào)10486

武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文

基于DSP的FTIR光譜儀定鏡調(diào)整系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

研究生姓名：劉茜指導(dǎo)教師姓名、職稱：曾立波教授學(xué)科專業(yè)名稱：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器研究方向：光譜儀器研制、DSP應(yīng)用

二○○七年五月Master’sDissertationofWuhanResearch&ApplicationoftheAdjustmentSystemforFixed-mirrorofFTIRSpectrometeronDSPByLIUQianSupervisedByProf.ZENGLiboWuhanMay,2006PAGE鄭重聲明 本人的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立撰寫并完成的，學(xué)位論文沒有剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和侵權(quán)行為，否則本人愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律后果和法律責(zé)任，特此鄭重聲明。學(xué)位論文作者（簽名）：年月日 -PAGEV-摘要基于傅立葉變換光譜學(xué)原理的傅立葉變換紅外光譜儀（FourierTransformInfraredSpectrometer—FTIR光譜儀）是繼棱鏡式、光柵式紅外分光光度計(jì)后發(fā)展起來的第三代紅外光譜儀，通過獲得物質(zhì)的紅外吸收光譜來鑒別組成物質(zhì)的成分，具有光通量大、準(zhǔn)確度高和分辨率高等特點(diǎn)。Michelson干涉儀是FTIR光譜儀的核心部件，其準(zhǔn)直性的好壞對(duì)動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和獲得的光譜圖的質(zhì)量有著直接的影響，繼而影響到整機(jī)的性能指標(biāo)。論文即對(duì)干涉儀準(zhǔn)直性的保證做了多方面的研究，主要包括干涉儀準(zhǔn)直性失調(diào)的理論分析、定鏡動(dòng)態(tài)校正系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文圍繞干涉儀準(zhǔn)直性失調(diào)的校正技術(shù)展開，制定了對(duì)動(dòng)鏡和定鏡像間傾斜角度實(shí)時(shí)校正的控制策略，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以TMS320VC5416DSP微處理器為主控器件的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟蹤動(dòng)鏡的傾斜狀態(tài)以調(diào)整定鏡平面姿態(tài)，達(dá)到校正干涉儀準(zhǔn)直性失調(diào)的目的。首先對(duì)干涉儀中各類準(zhǔn)直性失調(diào)的來源進(jìn)行了分析，從中找到相應(yīng)的改善措施。在干涉儀失調(diào)時(shí)的光路模型中，討論了表征干涉儀準(zhǔn)直性的兩大參數(shù)――調(diào)制度和相位誤差，通過推導(dǎo)建立了調(diào)整算法的數(shù)學(xué)模型。為獲得系統(tǒng)所需的控制信號(hào)，本文所討論的FTIR光譜儀中激光和紅外光同光路，并通過檢測(cè)電路的冗余誤差帶設(shè)計(jì)有效得保證了50%的占空比和過零檢測(cè)的精度，獲得較為理想的激光干涉信號(hào)的方波脈沖。建立模型以后，從硬件和軟件兩方面對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：硬件上，通過相位檢測(cè)電路獲取相位差信息，送給DSP進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算后輸出數(shù)字調(diào)整量，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換和功放放大后，通過改變永磁－電磁混合式電磁致動(dòng)器的電磁線圈中電流大小來控制導(dǎo)磁體的微位移，從而調(diào)整定鏡平面的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)鏡和定鏡像間傾斜角度的有效控制。軟件上，通過讀取狀態(tài)寄存器中的標(biāo)志位獲悉動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)情況和主機(jī)的控制指令，采用改進(jìn)PID算法對(duì)相位差進(jìn)行調(diào)節(jié)，提出了分段式調(diào)整定鏡平面姿態(tài)的思想，以保證調(diào)整的精度和穩(wěn)定性。同時(shí)還開發(fā)了人機(jī)交互接口同計(jì)算機(jī)通信，以方便用戶在更換分束器后對(duì)干涉儀的準(zhǔn)直性進(jìn)行校正，擴(kuò)寬儀器的波段范圍。最后本文在調(diào)整定鏡和不調(diào)整定鏡的情況下，分別從干涉儀的準(zhǔn)直性能（激光調(diào)制度和相位誤差）、動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和獲得的光譜圖質(zhì)量三個(gè)方面進(jìn)行了比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所開發(fā)的定鏡動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)具有足夠的精度和實(shí)時(shí)性，能夠保證FTIR光譜儀中干涉儀所需的準(zhǔn)直性要求。關(guān)鍵詞：傅立葉變換紅外光譜儀準(zhǔn)直性失調(diào)定鏡動(dòng)態(tài)調(diào)整DSPCPLDABSTRACTFourierTransformInfrared(FTIR)Spectrometer,ontheprincipleofFourierTransformSpectrography,isthethirdgenerationofinfraredspectrometers,afterprismandgratinginfraredspectrophotometer.Itidentifiesthecompositionofthematterthroughtheinfraredabsorptionspectrum,withthecharacteristicsofgreatluminous-flux,highaccuracyandresolutionandsoon.AsthekernelofFTIRSpectrometer,MichelsonInterferometershouldhavegoodperformanceofcollimation,whichinfluencesthestabilityofthemoving-mirrorandthequalityofthespectrum,andalsotakeseffectontheperformanceindexoftheinstrument.Thisthesisresearchesmuchontheguaranteeforthecollimationoftheinterferometer,includingthetheoryanalysisforthemisalignmentoftheinterferometer,thedesignandimplementionofsoftwareandhardwareofthecontrolsystemfordynamicallyadjustingthefixed-mirror.Thisthesisfocusesonthetechnologyofcalibrationforthemisalignmentoftheinterferometer,bygivingthecontrolstrategyforadjustthetiltanglebetweenthemoving-mirrorandtheimageofthefixed-mirror,anddesigningthecontrolsystem,inthechargeofTMS320VC5416DSP,toadjustthefixed-mirrorthroughtracingthedeclivityofthemoving-mirrorsothatthecontrolsystemcancorrectthemisalignmentoftheinterferometer.Atfirst,thisthesisanalyzesthesourcesofvariousalignmentsoftheinterferomenter,andfindsthewaysfortheimprovment.Inthelightpathmodelofthealignmentoftheinterferometer,itdicussesthetwoparametersofthecollimationperformanceoftheinterferometerwhicharemodulationdegreeandphasedifference,andestablishesthemathematicmodeloftheadjustingalgorithm.Inordertoobtainthecontrolsignal,thelightpathofthelaserandinfraredlightofFTIRSpectrometergiveninthisthesisarethesame.Thethesisdesignserrorbandofthedetectingcircuittoguaranteethedutycycleof50%andhighaccuracyofthezero-crossingdetection,anditgetstheideapulseoflasersignalfinally.Thisthesistakesthecontrolsystemintoconsiderationfromtwoaspectsofhardwareandsoftwareaftertheestablishmentofthemodel.Whenitcomestohardware,itgetstheinformationofphasedifferencefromthezero-crossingdetectioncircuit,andthensendsittoDSPfortheregulationtogetdigitalvalueofadjustment,whichcanchangethecurrentinthemagneticcoiloftheelectromagneticactuatortocontrolthemicro-displacementofthemagneticconductoraftertheconversionoftheDAcircuitandtheamplificationofthepoweramplifier.Therefore,theattitudeofthefixed-mirrorcanbeadjusted,andthetiltanglebetweenthemoving-mirrorandtheimageofthefixed-mirrorcanbelimited.Asfarassoftwareisconcerned,thethesisgetstoknowthemovementofthemoving-mirrorandinstructionfromthehostbyreadingtheflagbitsinthestatusregister,adoptsmodifiedPIDalgorithmtoadjustthephasedifference,andbringsaboutthesectionalcontrolfortheadjustmentofthefixed-mirror'sattitudetoguaranteetheaccuracyandstability.Thisthesisdevelopsman-machineinterfacetocommunicatewiththecomputer,sothattheclientcancorrectthealignmentoftheinterferometerafterchangingbeam-splitter,whichexpandsthebandrangeoftheinstrument.Underthecircumstanceofadjustingornon-adjustingthefixed-mirror,thisthesiscomparestheminthelightofcollimationperformanceoftheinterferometerwhichconsistsofmodulationdegreeandphasedifference,stabilityofthemoving-mirrorandthequalityofthespectrum.Theexperimentaldatashowthatthecontrolsystemdesignedandimplementedbythisthesishastheenoughaccuracyandreal-time,meaningthatitcansatisfytherequirmentofcollimationoftheinterferometerintheFTIRSpectrometer. KeyWords:FTIRSpectrometer；Misalignment；DynamicAdjustmentoftheFixed-Mirror；DSP；CPLD目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 IABSTRACT II引言 1第一章緒論 2§1.1傅立葉變換紅外光譜儀的發(fā)展 2§1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀 4§1.3研究背景和選題意義 6§1.4本文主要研究?jī)?nèi)容 7第二章干涉儀非準(zhǔn)直誤差理論分析 9§2.1概述 9§2.2干涉儀準(zhǔn)直性失調(diào)的種類和來源 9§2.3干涉系統(tǒng)準(zhǔn)直性失調(diào)時(shí)的光路模型分析 10§2.4入射孔徑的形狀對(duì)干涉圖的影響 12§2.4.1信號(hào)光束的入射孔徑為矩形 12§2.4.2信號(hào)光束的入射孔徑為圓形 13§2.5傾斜誤差分析與討論 14§2.5.1調(diào)制度分析 14§2.5.2相位誤差分析 15第三章系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 18§3.1硬件模塊 18§3.1.1核心部件DSP簡(jiǎn)介 19§3.1.2邏輯器件CPLD簡(jiǎn)介 21§3.1.3系統(tǒng)硬件模塊實(shí)現(xiàn) 22§3.2軟件模塊 23§3.2.1調(diào)整算法 23§3.2.2控制策略 26第四章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 28§4.1參考激光干涉系統(tǒng) 28§4.1.1動(dòng)鏡與定鏡像間傾斜角度獲取 29§4.1.2電路實(shí)現(xiàn) 30§4.2DSP控制模塊 32§4.2.1電源電路 33§4.2.2存儲(chǔ)器擴(kuò)展設(shè)計(jì) 36§4.2.3時(shí)鐘電路 37§4.2.4JTAG仿真電路 37§4.3驅(qū)動(dòng)模塊 38§4.3.1電磁致動(dòng)器簡(jiǎn)介 38§4.3.2DA電路設(shè)計(jì) 39§4.3.3功放驅(qū)動(dòng)電路 41第五章調(diào)整算法實(shí)現(xiàn) 43§5.1軟件編寫概述 43§5.1.1DSP集成開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 43§5.1.2基于C和匯編語言混合編程 44§5.1.3定點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算的基本原理 44§5.2CPLD邏輯設(shè)計(jì) 46§5.2.1相位檢測(cè)原理 47§5.2.2計(jì)數(shù)器模塊 48§5.2.3狀態(tài)寄存器和控制寄存器 50§5.2.4串并轉(zhuǎn)換移位模塊 51§5.2.5其他功能 51§5.3控制程序總體結(jié)構(gòu) 51§5.3.1系統(tǒng)初始化模塊 51§5.3.2中斷服務(wù)子程序 51§5.3.3控制算法實(shí)現(xiàn) 52§5.3.4Bootloader模塊 54第六章實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論 56§6.1定鏡可調(diào)范圍分析 56§6.1.1傾角與相位差間的關(guān)系 56§6.1.2數(shù)據(jù)處理實(shí)例 57§6.1.3系統(tǒng)調(diào)整范圍限定 57§6.2誤差理論分析 58§6.2.1調(diào)整性能分析 58§6.2.2調(diào)整誤差分析 59§6.3實(shí)驗(yàn)條件 60§6.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及討論 61§6.4.1從干涉儀準(zhǔn)直性能評(píng)價(jià)定鏡動(dòng)態(tài)調(diào)整的效果 61§6.4.2從動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性評(píng)價(jià)定鏡動(dòng)態(tài)調(diào)整的效果 63§6.4.3從譜圖質(zhì)量評(píng)價(jià)定鏡動(dòng)態(tài)調(diào)整的效果 64§6.4.4實(shí)驗(yàn)小結(jié) 66第七章總結(jié)與展望 67§7.1本文工作總結(jié) 67§7.2展望 68參考文獻(xiàn) 70致謝 72-PAGE73-引言 自Kirchhoff和Bunsen于1859年制成了世界上第一臺(tái)結(jié)構(gòu)完整的光譜儀器以來，光譜儀器本身及其應(yīng)用也發(fā)展到相當(dāng)完善的程度。在本世紀(jì)60年代左右光譜技術(shù)和光譜儀器的發(fā)展似乎已經(jīng)停滯，在原理、設(shè)計(jì)、應(yīng)用個(gè)方面似乎已經(jīng)滿足了當(dāng)時(shí)科技、產(chǎn)業(yè)的需求，從真空紫外到遠(yuǎn)紅外，都已建立了完整的光譜定性、定量分析方法及整套光譜線譜、圖譜，并發(fā)展了與之相適應(yīng)的各種光譜儀器。FTIR光譜儀利用干涉圖和光譜圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過測(cè)量干涉圖并對(duì)干涉圖進(jìn)行傅立葉積分變換的方法來得到光譜圖。隨著現(xiàn)代化光電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)TIR光譜儀一方面逐步向小型化的便攜式方向發(fā)展，另一方面則是向著大規(guī)模的多功能方向發(fā)展，本文研制的定鏡動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)就是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室用的多功能FTIR光譜儀的性能保證而提出的。FTIR光譜儀的定性和定量功能的實(shí)現(xiàn)是通過動(dòng)鏡得不斷運(yùn)動(dòng)改變光程差來得以實(shí)現(xiàn)的，動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)過程中的位置誤差和平穩(wěn)性決定了干涉效果和獲得的光譜圖質(zhì)量，而激光干涉信號(hào)的好壞則決定了驅(qū)動(dòng)動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能，因此動(dòng)鏡和定鏡在動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)過程中的準(zhǔn)直狀態(tài)的保持尤為重要。建立在離散信號(hào)和系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的DSP理論易于進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，能夠通過對(duì)模擬信號(hào)采樣來獲得離散時(shí)間信號(hào)。因此基于DSP的控制系統(tǒng)可用DSP處理器、ADC和DAC代替放大器、調(diào)制器和濾波器等模擬裝置，以軟件實(shí)現(xiàn)特定信號(hào)處理算法或計(jì)算說明來執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算、處理數(shù)字信號(hào)。同時(shí)DSP系統(tǒng)的成本一直在持續(xù)降低，而性能一直在升高。本論文即以DSP處理器為主控裝置的控制系統(tǒng)，在動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)跟蹤動(dòng)鏡的傾斜，將傾斜量預(yù)處理后經(jīng)DSP運(yùn)算得到定鏡修正的偏轉(zhuǎn)角度，再通過功放輸出驅(qū)動(dòng)微位移驅(qū)動(dòng)器控制定鏡平面姿態(tài)，以保證動(dòng)鏡和定鏡間的良好準(zhǔn)直狀態(tài)。同時(shí)還設(shè)計(jì)了人機(jī)交互接口，方便操作人員操作計(jì)算機(jī)通過USB單片機(jī)發(fā)指令給DSP來校正定鏡平面姿態(tài)，以擴(kuò)展儀器的譜段范圍，具有良好的操作性和擴(kuò)展性。第一章緒論[本章摘要]本章首先介紹FTIR光譜儀的發(fā)展歷史，然后介紹了其核心部件干涉儀準(zhǔn)直性保證的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，并給出了本文實(shí)現(xiàn)的基本方案和策略，在此基礎(chǔ)上得出了本文的選題意義，最后簡(jiǎn)述了本文各章的組織構(gòu)成和論文的安排情況?！?.1傅立葉變換紅外光譜儀的發(fā)展FTIR光譜儀也是用來獲得物質(zhì)的紅外吸收光譜，但其測(cè)定原理不同于其他類型的紅外光譜儀ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳瑾光</Author><Year>1994</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">吳瑾光</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應(yīng)用（上卷）</style></title></titles><pages>1-100</pages><dates><year>1994</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。FTIR光譜儀是采用雙光束干涉原理,使相干光束間的相位差連續(xù)變化，通過采集記錄干涉圖（中央條紋的光強(qiáng)變化曲線），然后對(duì)其進(jìn)行傅立葉積分變換獲得光譜圖ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bell.R.J</Author><Year>1972</Year><RecNum>3</RecNum><record><rec-number>3</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Bell.R.J</author></authors></contributors><titles><title>IntroductoryFourierTransformSpectroscopy</title></titles><pages>141-145</pages><dates><year>1972</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>AcademicPress</publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>李全臣，蔣月娟</Author><Year>1999</Year><RecNum>10</RecNum><record><rec-number>10</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李全臣，蔣月娟</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光譜儀器原理</style></title></titles><pages>279-291</pages><dates><year>1999</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京理工大學(xué)出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2,3]。與傳統(tǒng)的色散型光譜儀和布里－珀羅干涉光譜儀不同，F(xiàn)TIR光譜儀不是使不同波長(zhǎng)的光譜組元在空間分解開來、在不同的空間位置獲得不同波長(zhǎng)的光譜信息ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李全臣，蔣月娟</Author><Year>1999</Year><RecNum>10</RecNum><record><rec-number>10</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李全臣，蔣月娟</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光譜儀器原理</style></title></titles><pages>279-291</pages><dates><year>1999</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京理工大學(xué)出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]，而是以某種數(shù)學(xué)方式對(duì)光譜信息進(jìn)行編碼的攝譜儀，能同時(shí)測(cè)量、記錄所有譜元的信號(hào)，并以更高的效率采集來自光源的輻射能量，從而使它具有比傳統(tǒng)光譜儀高得多的信噪比和分辨率ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]；其數(shù)字化的光譜數(shù)據(jù)，也便于數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理和演繹。正是這些基本優(yōu)點(diǎn)，使傅立葉變換光譜方法發(fā)展為目前紅外和遠(yuǎn)紅外波段中最有力的光譜工具，并向近紅外ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陸婉珍，袁洪福，徐廣通，強(qiáng)冬梅</Author><Year>2000</Year><RecNum>11</RecNum><record><rec-number>11</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陸婉珍，袁洪福，徐廣通，強(qiáng)冬梅</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">現(xiàn)代紅外光譜分析技術(shù)</style></title></titles><dates><year>2000</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">中國(guó)石化出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]、可見和近紫外ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李志剛</Author><Year>2000</Year><RecNum>12</RecNum><record><rec-number>12</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李志剛</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">紫外－真空紫外傅里葉變換光譜技術(shù)的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">博士</style></volume><dates><year>2000</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所博士學(xué)位論文</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]波段擴(kuò)展，和熒光、喇曼散射等其他光譜技術(shù)相結(jié)合。它的研究、開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)形成了光譜學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支——傅立葉變換光譜學(xué)，或稱干涉光譜學(xué)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>虞寶珠</Author><Year>1980</Year><RecNum>5</RecNum><record><rec-number>5</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">虞寶珠</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">傅里葉變換光譜技術(shù)及其應(yīng)用</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">物理</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>物理</full-title></periodical><pages>545-557</pages><volume>13</volume><number>9</number><dates><year>1980</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]。1880年，Michelson發(fā)明了能方便而精確地改變和控制兩相干光束間的光程差的干涉儀，并以他的名字命名為Michelson干涉儀ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Griffeths</Author><Year>1986</Year><RecNum>6</RecNum><record><rec-number>6</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>P.R.Griffeths</author></authors></contributors><titles><title>Fouriertransforminfraredspectrometry</title></titles><pages>145-156</pages><dates><year>1986</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>Wiley</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]。Michelson還認(rèn)識(shí)到，從干涉儀的干涉條紋，有可能導(dǎo)出某些光譜信息。他據(jù)此推測(cè)出氫原子光譜的巴爾末紅線是一條雙線而非單線，這在當(dāng)時(shí)是無法用任何其他實(shí)驗(yàn)方法來分辨的。接著瑞利認(rèn)識(shí)到，由干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋即我們所稱的干涉圖，可以通過傅立葉積分變換的數(shù)學(xué)運(yùn)算同通過干涉儀的輻射光譜聯(lián)系起來。首次對(duì)干涉圖的準(zhǔn)確測(cè)量，則是由RubensADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]等人在本世紀(jì)初采用雙束干涉儀方法實(shí)現(xiàn)的，他們還根據(jù)假定的光譜分布計(jì)算了干涉圖，來與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的干涉圖進(jìn)行比較。盡管如此，直到上世紀(jì)50年代，傅立葉變換光譜學(xué)才得到真正的突破和開發(fā)。1949年，F(xiàn)ellgettADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]第一次真正通過對(duì)干涉圖的傅立葉積分變換獲得光譜圖。他首先指出，注重采用干涉方法測(cè)量光譜的主要優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)接收和測(cè)量來自所有光譜頻率的訊號(hào)。因而在相同信噪比、分辨率情況下可大大減少測(cè)量時(shí)間，或在維持同樣測(cè)量時(shí)間的條件下可以獲得比色散型光譜儀高得多的信噪比。干涉光譜學(xué)方法的這一優(yōu)點(diǎn)，借用無線電測(cè)量的術(shù)語，稱之為多頻道優(yōu)點(diǎn)。干涉光譜學(xué)方法的另一基本優(yōu)點(diǎn)，所謂高通量?jī)?yōu)點(diǎn)則是在50年代初期由JacquinotADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]首先認(rèn)識(shí)到的。在Fellgett和Jacquinot提出了傅立葉變換光譜方法的基本優(yōu)點(diǎn)以后，J.D.Strong和他的合作者H.A.Gebbie，E.V.Loewenstein和G.Vanasse在開發(fā)這一光譜方法方面作出了重要貢獻(xiàn)。他們的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了上述干涉光譜學(xué)方法的基本優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)的。他們研制的傅立葉變換光譜儀獲得了良好的分辨率和信噪比。除此以外，他們還首先發(fā)展了用于遠(yuǎn)紅外和亞毫米波段的片狀光柵型干涉儀。L.Genzel等人也同時(shí)發(fā)展了這種亞毫米波段的片狀光柵型干涉儀．并以周期性掃描模式工作。Jacquinot的學(xué)生P.Connes和J.Connes夫婦在發(fā)展近紅外傅立葉光譜方法、傅立葉變換數(shù)據(jù)處理和用于天文觀測(cè)方面作出了重要貢獻(xiàn)。J.Connes還在60年代初期總結(jié)和闡述了傅立葉光譜方法的主要理論問題。到了60年代中期，傅立葉變換光譜學(xué)方法得到了決定性的突破，即所謂快速傅立葉交換算法(FFT)的發(fā)現(xiàn)和推廣ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>沈?qū)W礎(chǔ)</Author><Year>1982</Year><RecNum>7</RecNum><record><rec-number>7</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">沈?qū)W礎(chǔ)</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">物理學(xué)進(jìn)展</style></title></titles><pages>277-322</pages><dates><year>1982</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]。采用常規(guī)的傅立葉變換運(yùn)算，即使是采用當(dāng)時(shí)最大型的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理也需要幾個(gè)小時(shí)才能完成一個(gè)較高分辨率的變換光譜的運(yùn)算。這就大大限制了傅立葉變換光譜學(xué)方法的使用范圍。而采用Cooley－Tukey發(fā)現(xiàn)的快速傅立葉變換算法，幾分鐘就能完成原來需要幾小時(shí)才能完成的變換運(yùn)算。計(jì)算一個(gè)較低分辨率的光譜，甚至只需要幾秒鐘的時(shí)間。這一計(jì)算方法的發(fā)現(xiàn)和推廣為后來商用傅立葉光譜儀的實(shí)時(shí)光譜顯示和記錄奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所有上述這些貢獻(xiàn)以及其他大量在文中無法提及的工作使得70-80年代傅立葉變換光譜學(xué)方法得到了迅速的發(fā)展和普及，許多光譜儀器制造廠商競(jìng)相開發(fā)和生產(chǎn)多種形式的傅立葉變換紅外光譜儀，使之成為當(dāng)今紅外光譜儀的主導(dǎo)產(chǎn)品ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳瑾光</Author><Year>1994</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">吳瑾光</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應(yīng)用（上卷）</style></title></titles><pages>1-100</pages><dates><year>1994</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。應(yīng)用方面，它們也已成為紅外、遠(yuǎn)紅外、亞毫米波段ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張光昭</Author><Year>1985</Year><RecNum>9</RecNum><record><rec-number>9</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">張光昭</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">工作在亞毫米波段的傅里葉變換譜儀</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">波譜學(xué)雜志</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>波譜學(xué)雜志</full-title></periodical><pages>97-103</pages><volume>2</volume><number>2</number><dates><year>1985</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]以至近紅外波段最有效的和常規(guī)的光譜方法而廣泛用于物理、化學(xué)、生物和醫(yī)藥的基本研究和檢測(cè)，天文觀測(cè)，各種工業(yè)生產(chǎn)過程、大氣環(huán)境污染狀況的檢測(cè)和控制，核同位素分析和等離子體熱核反應(yīng)溫度測(cè)量等各種方面，而且在綜合性能、使用方便、價(jià)格等方面也超過了傳統(tǒng)的色散型光譜裝置，以至傳統(tǒng)色散型光譜方法也正努力借鑒傅立葉光譜方法的優(yōu)點(diǎn)?！?.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀對(duì)于FTIR光譜儀的核心部件干涉儀而言，如果動(dòng)鏡和定鏡的波面存在夾角，會(huì)使得干涉圖的干涉區(qū)域減小，條紋調(diào)制度下降，相位誤差增大，勢(shì)必影響到還原后的頻譜圖。理論上要求FTIR光譜儀的最終波面誤差小于1/4，其中為光譜儀工作波長(zhǎng)的最小值A(chǔ)DDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>于立民，代作曉</Author><Year>2003</Year><RecNum>18</RecNum><record><rec-number>18</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">于立民，代作曉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">相位檢測(cè)法定鏡自適應(yīng)校正技術(shù)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光學(xué)精密工程</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>光學(xué)精密工程</full-title></periodical><pages>448-452</pages><number>11</number><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。舉例來說，假設(shè)反射鏡直徑為，儀器工作波長(zhǎng)的最小值為，則要求波面誤差不超過1/4時(shí)，動(dòng)鏡和定鏡像間的傾斜角必須控制在小于的范圍內(nèi)?？梢妴渭円揽繖C(jī)械加工是難以保證的，因此必須采用一定的措施控制動(dòng)鏡和定鏡像的傾斜角度在允許范圍內(nèi)。目前國(guó)際上解決這個(gè)問題的方法有兩種：一種是采用角反射鏡或貓眼反射鏡形成光束自動(dòng)準(zhǔn)直ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Johnston</Author><Year>1991</Year><RecNum>16</RecNum><record><rec-number>16</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>ScanF.Johnston</author></authors></contributors><titles><title>FourierTransformInfrared-aConstantlyEvolvingTechnology</title><secondary-title>ELLISHORWOOD</secondary-title></titles><periodical><full-title>ELLISHORWOOD</full-title></periodical><dates><year>1991</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]；另一種是采用動(dòng)態(tài)調(diào)整定鏡平面姿態(tài)的方法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Z.J.Lu</Author><Year>1988</Year><RecNum>51</RecNum><record><rec-number>51</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">Z</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">J</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Lu</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">,</style><styleface="normal"font="default"size="100%">R</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Koehler</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">,</style><styleface="normal"font="default"size="100%">W</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Gault</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">,</style><styleface="normal"font="default"size="100%">and</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">F</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">C</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Liang</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">dynamic</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">alignment</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">system</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">for</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">scanning</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">michelson</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">interferomete