【摘 要】
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为了满足人们对于药品安全检测快速便携高效的需要,本文设计了一种高速便携,延时低、精度较高的新型FTIR便携式光谱仪。满足了人们对于实时在线的便携式光谱仪的需求。本文所设计基于MEMS的便携式FTIR光谱仪由光学干涉仪、ADC采集底板等组成,并且搭载了ZYNQ平台作为核心处理器。论文主要研究内容以此三个模块展开:以迈克尔逊干涉仪原型为基础,搭建本文所需的改进型双路光学干涉仪,该干涉仪光源由参考光与样
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为了满足人们对于药品安全检测快速便携高效的需要,本文设计了一种高速便携,延时低、精度较高的新型FTIR便携式光谱仪。满足了人们对于实时在线的便携式光谱仪的需求。本文所设计基于MEMS的便携式FTIR光谱仪由光学干涉仪、ADC采集底板等组成,并且搭载了ZYNQ平台作为核心处理器。论文主要研究内容以此三个模块展开:以迈克尔逊干涉仪原型为基础,搭建本文所需的改进型双路光学干涉仪,该干涉仪光源由参考光与样本光组成,采用共用MEMS微镜的方式实现双路干涉信号的同步变化,进一步的在干涉仪探测器处检测到同步干涉数据。分析了MEMS便携式光谱仪的硬件需求,利用Altium进行光谱仪硬件底板的绘制并完成加工与焊接。设计DAC驱动与放大电路实现数模转换与放大,完成对MEMS微镜的低频匀速驱动;设计ADC采集电路,对于样本光与参考光进行双路同步采集,对两路干涉光进行相同的信号处理以提高信噪比。按照信号数据流方向对干涉信号进行多级处理,包括I/V转换、带通滤波、差分放大及模数转换。最终将采集信号送至ZYNQ的EXIO。结合MEMS光谱仪开发需求,利用ZYNQ平台的ZYNQ-7000完成光谱仪DAC和ADC的逻辑控制,实现MEMS微镜驱动与干涉光采集,同时对于采集的光谱数据,利用PL（FPGA）端并行高速的优势,进行一定数据处理——去直流,切趾、FFT。将光谱仪逻辑相关设计封装自定义IP,并与Vivado自带IP结合一同加载到Block模块中,利用AXI协议完成与PS端数据高速交互。最后对整个系统进行了调试与样本测试,验证本文设计的基于MEMS的便携式FTIR光谱仪的功能需求,最终实现的快速FTIR光谱仪理论最高分辨率达到了0.06cm-1,具有16位的采样精度与300K的采样速率。
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