基于DMD的微小型近红外光谱仪系统研究

论文摘要

随着光谱仪技术的飞速发展,微小型近红外光谱仪以其体积小、成本低、快速高效、在线检测等特点,成为了现代检测仪器的研究热点。本文提出基于DMD（数字微镜）新原理的微小型近红外光谱仪研究,具有重要理论意义与实际应用价值。论文在分析研究国内外微小型近红外光谱仪发展的基础上,提出一种基于DMD面阵的单探测器微小型近红外光谱仪系统方案;开展了基于DMD的微小型近红外光谱仪分光成像系统的设计与优化、系统结构设计与微结构加工、装调、标定等关键技术研究;研制出基于DMD的微小型近红外光谱仪原理样机,测试结果表明,光谱仪波长范围为1000-1780nm、分辨力小于20nm。论文的主要研究工作是:①在分析国内外微小型近红外光谱仪光学系统的基础上,提出了基于DMD新原理的微小型近红外光谱仪系统方案;②在研究数字微镜的工作原理与特点的基础上,确定了光谱仪的光学系统方案以及相应的光学元器件;采用ZEMAX光学设计软件进行光源和分光成像系统设计及优化,实现了系统的像差校正和光学系统的小型化;③从衍射限制、空间采样率以及光栅谱面等方面进行了系统优化设计,获得狭缝宽度最优值;采用MATLAB数学软件建立DMD的光学模型,进行了仿真与实验,完成了编码误差的校正;④完成了微小型近红外光谱仪的微结构设计与加工、原理样机装调以及波长标定,测试结果表明:波长范围1000-1780nm,光谱分辨力小于20nm。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 微型光谱仪研究现状
• 1.2 目的与主要研究内容
• 1.3 本章小结
• 2 基于 DMD 的微小型近红外光谱仪系统设计
• 2.1 系统原理
• 2.2 光学系统方案
• 2.3 分光成像系统设计
• 2.3.1 关键元件
• 2.3.2 光学系统参数设计
• 2.3.3 分光成像系统仿真
• 2.4 本章小结
• 3 基于 DMD 的微小型近红外光谱仪系统优化
• 3.1 像差校正
• 3.1.1 双胶合透镜设计
• 3.1.2 双胶合透镜仿真
• 3.2 分辨力优化设计
• 3.2.1 系统分辨力理论分析
• 3.2.2 系统分辨力优化实验
• 3.3 编码误差的校正分析
• 3.3.1 编码误差校正理论
• 3.3.2 编码误差校正实验
• 3.4 本章小结
• 4 基于 DMD 的微小型近红外光谱仪原理样机设计及测试
• 4.1 光源系统设计
• 4.1.1 光源模型建立
• 4.1.2 光源系统的仿真
• 4.2 原理样机系统设计及装调
• 4.2.1 第一套方案
• 4.2.2 第二套方案
• 4.3 原理样机标定及特性测试
• 4.3.1 测试平台
• 4.3.2 测试结果
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与申请专利
• C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目