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本学位论文选题来源于中国电子科技集团第41研究所委托项目-FTIR光谱仪技术研究,该课题研究的是新型小型化开放式傅里叶变换红外光谱仪,该光谱仪测量光谱范围为3μm~141μm(3300 cm-1~700cm-1),光谱分辨率为1cm-1,速度为1次/秒,波数精度为0.01cm-1,信噪比为5000:1。
开放式红外光谱技术正以其独特的优点成为分析测量领域的研究热点之一,并广泛应用于物理、天文、遥感、医学等领域。开放式傅里叶变换红外光谱仪采集到的红外光信号具有信号弱、干扰强和噪声大等特点。要对开放式傅里叶变换光谱进行高精度的分析处理,要求傅里叶变换光谱数据处理系统具有良好的弱信号分析处理性能,以尽量降低测量环节引起的各种干扰和噪声对精度的影响,保证红外光谱测量可以稳定可靠地进行。本文对傅里叶红外光谱分析数据处理进行了深入的研究,主要包括以下几个方面的内容:
1.FTIR光谱仪是利用傅里叶变换将离散的干涉图转换成光谱图,由于干涉图为有限截取的单边干涉图,存在随机噪声、能量泄露和相位误差等缺点。本论文用FTIR光谱数据前期处理方法对红外光谱数据进行前期处理,该方法能有效的降低随机噪声、减少能量泄露和校正相位误差。
2.针对传统红外光谱谱峰辨识与定位方法的不足,提出了内插法和能量重心法来进行红外光谱谱峰的辨识与定位的新方法(论文已被《光电工程》录用)。结果表明该方法可以准确辨识和定位独立峰和重叠峰,在波数重叠非常严重的条件下波数精度能提高5-10倍,在波数重叠不严重的条件下波数精度能提高102倍以上。
3.由于离散光谱图谱线条数为有限条,在谱线间的光谱信息不能通过光谱图直接读到。要对光谱图进行精确分析时必须进行光谱细化。本论文提出了一种新的细化方法一基于Chirp_z变换的红外光谱细化法(论文已发表在《光电工程》上),由于Chirp_z变换红外光谱细化法能在最大光程差不变的前提下对红外光谱进行细化,因此能获得更为细致的红外光谱图,在测量瞬态信号时效果尤为明显。Chirp_z变换是算出干涉图数据的Z变换在Z平面单位圆上要细化波段的等角度抽样值。实验结果表明Chirp_z变换的红外光谱细化法能有效的对红外光谱进行细化。
4.根据FTIR光谱分析数据处理对处理系统的实时、快速性要求编写完成了FTIR光谱分析数据处理软件,该软件能实时快速地对红外光谱进行分析处理,提取红外光谱中的重要信息。实验结果表明该软件具有操作简单、界面友好、处理速度快、数据精度高等特点。