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THz-TDS测控系统研究

蒋鹏  
【摘要】:太赫兹时域光谱仪技术(THz-Time Domain Spectrometer,简称THz-TDS)是近十几年来发展起来的新技术。太赫兹时域光谱仪中包含光路系统、平移台延迟线及其控制器、锁相放大器和差分光电二极管、低湿湿度计、上位机测控系统等部分组成。国内市场对太赫兹时域光谱仪的需求呈逐渐上升趋势,加强太赫兹方面的研发投入迫在眉睫。 本论文通过研究太赫兹时域光谱技术的有关方面,设计和制作太赫兹时域光谱仪所需的锁相放大器、低湿湿度计以及适用于本实验系统的测控软件。本论文的具体研究工作包括: 一、探索锁相放大器原理和设计方案。进行了单相锁相放大器的试制和测量。通过深入研究微弱信号检测原理,摸索单相锁相放大器的设计方法,为双相锁相放大器的研制和改进奠定基础。 二、在总结单相锁相放大器优缺点的基础上,根据实验系统中差分光电二极管输出的nA级电流信号,设计出微弱信号调理电路、设计出双相数字式锁相放大器并提出相应的算法。这些工作包括原理验证、方案和算法的提出、电路原理图绘制与仿真、PCB设计、上位机软件设计、性能测试等等。 三、进行了THz-TDS测控系统软件的开发。通过GPIB数据线与ESP300电机控制器以及锁相放大器进行通信,利用我们自行编写的软件发送指令,控制平移台时间延迟扫描,获取探测到的差分电流信号,进而得到的太赫兹时域波形。整个测控系统程序集成了太赫兹数据处理模块和低湿湿度监控模块程序,使太赫兹时域光谱测量变的更加简便。 四、设计与制作了太赫兹时域光谱仪中的低湿湿度计。可以满足5%以下低湿湿度的快速测量,并且可以组成无线星形传感网,进行分布式组网测量,很好的满足太赫兹时域光谱仪中的湿度监控。无线低湿湿度计由湿敏电容模块,MSP430fl49单片机最小系统,无线串口模块等部分组成。工作涉及低湿湿度计所需器件选型、硬件电路和PCB设计、嵌入式软件设计以及应用LabVIEW上位机软件设计等。 在上述工作基础上,我们能够结合实验室自行搭建的太赫兹时域光谱仪,对各种物质在太赫兹波段的光谱特性进行测量和分析,极大的充实了太赫兹光谱仪的性能,并为实现小型化太赫兹时域光谱仪奠定了基础。


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