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光声光谱检测技术是一种基于光声效应而发展的光谱检测技术。它具有高灵敏度,无损耗监测,高选择性,大动态监测范围等优点[3],在环境污染监测,航天探测,工业检测,疾病医学诊断,生物组织分析等领域有着广泛的应用。因此,研发一种高灵敏度光声光谱仪具有重要的学术意义和应用价值。 本研究主要内容包括:⑴通过对光谱仪控制要求进行分析,确定了控制模块的核心芯片和控制方式,提出了设计方案。利用AVR单片机丰富的外设资源如定时器、PWM输出等,及采用控制算法实现了对直流斩波电机的稳速、步进电机片转盘的位置控制和电磁阀的通气放气控制。控制模块为光谱仪的测量提供了保障和前提,满足了光谱仪的控制要求。⑵通过对光声信号进行理论分析计算,微音器选型及参数计算,以及模拟信号通道噪声分析,设计了信号调理电路以实现微音器微弱光声信号的前置放大,失调补偿和带通滤波功能。前置放大电路采用低噪声高精度运放实现,对信号进行第一级放大;失调补偿采用伺服电路实现光声信号的自适应失调补偿,同时提供二级放大;带通滤波电路采用二阶巴特沃斯滤波器以实现抗混叠滤波;前置放大电路的噪声分析采用运算放大器等效噪声模型分析方法。此模块对光谱仪信号获取起着重要作用,满足了光谱仪的设计要求。⑶通过对系统精度的计算和仿真,采用高性能模数转换器和基于DSP6713的信号处理器完成了数据采集及处理模块的设计。该模块实现了模拟信号数字化以及基于锁相放大检测算法的数字信号处理方法,保证了光声光谱仪的高灵敏度。⑷应用基于运放模型的噪声分析方法实现纳伏级别交流信号检测,并结合DSP数字信号处理方法完成了光声光谱仪的采集及处理功能。