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拉曼光谱分析法用于物质的检测,无需对样品进行预先处理,适用于固体、液体、气体以及任何混合形态的样品,同时还有非接触无损测量,操作简便,测定时间短,灵敏度高等优点,因此被广泛应用于物质的鉴别和结构分析等。但拉曼散射光强度通常只有激发光强度的10-6到10-12,远远低于瑞利散射光和外界杂散光等噪声,这对拉曼光谱系统的灵敏度和噪声抑制能力提出了很高的要求。目前小型便携式拉曼光谱仪多采用CCD或CMOS作为检测器,可以避免波长扫描过程方式,一次性获得全波段拉曼光谱图,但其灵敏度较之光电倍增管要低很多,很难满足微弱光谱信号检测所需的高灵敏度和信噪比要求,并且数据量更大,对处理器的性能的要求更高。本课题主要针对本研究所自主研发的小型便携式拉曼光谱仪LMGPY-290的拉曼光谱图像采集系统灵敏度不够高、曝光时间不够长、在近红外波段的光谱响应度低等问题进行改进,采用高灵敏度CMOS图像传感器研制新的拉曼光谱仪,设计和开发了基于DSP的拉曼光谱图像采集系统,从源头上提高拉曼光谱数据的可靠性,从而进一步提高拉曼光谱仪的性能。首先,设计了新的光谱图像采集系统,选择Sony星光级高灵敏度CMOS图像传感器和华为海思DSP,借助海思平台完成了图像采集系统的设计和开发,实现了参数的控制以及曝光时间的延长,提高了光谱图像采集系统的灵敏度与信噪比,拓展了光谱响应范围。然后,阐述了光谱仪的组成和原理,分析了分光系统的闪耀角、色散率等性能指标及其对光谱仪性能的影响,设计并搭建了一套小型便携式拉曼光谱仪,并完成了光谱仪的调试。其后,分析了光谱采集系统噪声的特点,采用时空累加算法、背景扣除、频数分布滤波等光谱处理方法,开发了基于Lab VIEW的拉曼光谱图像采集与数据处理软件系统,实现了拉曼光谱的实时处理和显示。最后,分别采用532nm和785nm的激光作为激发光进行了实验研究,并与本研究所自主研发的小型拉曼光谱仪LMGPY-290的实验结果进行对比分析,结果显示本课题改进后的拉曼光谱仪具有拉曼光谱图像噪声更小,信噪比更高,光谱曲线更加平滑,细节更加清楚的优势,实现了拉曼光谱仪性能的提高。