一种光谱测量方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光谱测量方法、装置和系统，所述光谱测量方法将待测光信号通过光学斩波器进行斩波处理后，转换为待测电信号，进一步转换为待测数字信号，以及，通过斩波控制器产生与所述待测电信号频率相同的参考信号；将所述待测数字信号与参考信号相乘处理后，将相乘处理后的信号进行滤波得到第一信号；根据所述第一信号计算待测数字信号的幅值。本发明利用与待测电信号有相同频率的参考信号作为基准，从而可以更为精确地滤掉与其频率不同的噪声，提取出有用信号成分，具有较高的信噪比，同时对于微弱的信号也可以实现准确测量。
【专利说明】一种光谱测量方法、装置和系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理领域，具体公开了一种对光信号的光谱进行测量的光谱测量 方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002] 光谱是光信号的辐射强度随波长（频率）的分布，其反应了光源的构成物质和其 他的一些特性。我们今天所掌握的有关原子和分子结构方面的知识绝大部分都来自光谱的 研究。在电磁辐射和物质相互作用时能观察到吸收或发射光谱，它们从多方面提供了原子 和分子结构和它们与周围环境相互作用的信息。因此，光谱的观察在科学研究和生产生活 中有着十分重要的意义。比较常用的光谱测量方法是使用光栅光谱仪，以光电二极管或光 电倍增管作为光电探测器，有些光谱仪自带模数转换模块，可以直接将待测信号转换为数 字信号，利用计算机对光谱仪进行扫描控制以及光谱显示。也有利用光栅光谱仪、光学斩波 器和锁相放大器实现的光谱测量方案，使用光电二极管作为探测器，通过计算机控制光谱 仪扫描、锁相放大器测量，从而得到光谱曲线。因此，在光谱测量过程中，对光谱的频率和相 位的测量具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光谱测量方法、装置和系统。
[0004] 为此，本发明采用的技术方案如下：
[0005] -种光谱测量方法，包括：将待测光信号通过光学斩波器进行斩波处理后，转换为 待测电信号，进一步转换为待测数字信号，以及，通过斩波控制器产生与所述待测电信号频 率相同的参考信号；将所述待测数字信号与参考信号相乘处理后，将相乘处理后的信号进 行滤波得到第一信号；根据所述第一信号计算待测数字信号的幅值。
[0006] 作为一种优选的技术方案，所述待测光信号被阻挡的时间与通过的时间的比值为 A，其中η取大于1的整数。
[0007] 作为一种优选的技术方案，根据双相锁相方法计算出待测数字信号的幅值，或者 待测数字信号的幅值和待测数字信号与参考信号之间的相位差。
[0008] -种光谱测量装置，包括：信号产生模块，将待测光信号通过光学斩波器进行斩波 处理后，转换为待测电信号，进一步转换为待测数字信号，以及，通过斩波控制器产生与所 述待测电信号频率相同的参考信号；信号处理模块，用于将所述待测数字信号与参考信号 相乘处理后，将相乘处理后的信号进行滤波得到第一信号；计算模块，用于根据所述第一信 号计算待测数字信号的幅值。
[0009] 作为一种优选的技术方案，所述待测光信号被阻挡的时间与通过的时间的比值为 Α，其中η取大于1的整数。
[0010] 作为一种优选的技术方案，根据双相锁相方法计算出待测数字信号的幅值，或者 待测数字信号的幅值和待测数字信号与参考信号之间的相位差。
[0011] -种光谱测量系统，包括光路模块和锁相放大模块，其中：
[0012] 所述光路模块包含有光学斩波器，待测光信号经过所述光学斩波器中进行斩波处 理；
[0013] 所述处理模块包括用于输出与所述待测电信号相同频率的参考信号的斩波控制 器和相敏检测器，所述相敏检测器包括乘法器和第一滤波器，所述乘法器的输入端连接所 述光路模块和斩波控制器，输出端与所述第一滤波器连接。
[0014] 作为一种优选的技术方案，所述光路模块还依次包括入射狭缝、反射镜、第一球面 镜、平面衍射光栅，然后经第二球面镜聚焦于一 CCD上。
[0015] 作为一种优选的技术方案，所述锁相放大模块还依次包括放大模块、第二滤波器、 模数转换模块和控制器，所述控制器还分别与FIFO的输入和输出端连接，以及与缓存器连 接。
[0016] 作为一种优选的技术方案，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制器连接。
[0017] 与现有技术相比，本发明利用与待测电信号有相同频率的参考信号作为基准，从 而可以更为精确地滤掉与其频率不同的噪声，提取出有用信号成分，具有较高的信噪比，同 时对于微弱的信号也可以实现准确测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明所述一种光谱测量方法一实施方式的流程图；
[0019] 图2是图1示出的实施方式中待测数字信号的示意图；
[0020] 图3是本发明所述一种光谱测量装置一实施方式的结构示意图；
[0021] 图4是本发明所述一种光谱测量系统一实施方式的结构示意图；
[0022] 图5是图4是中对CCD串行输出结果进行AD转换、并行存储和处理的示意图；
[0023] 图6是利用本发明的实施方式光谱测量方法测得的汞灯光谱；
[0024] 图中：
[0025] 200 :光谱测量装置；201 :信号产生模块；202 :信号处理模块；203 :计算模块； 300 :光谱测量系统；310 :光路模块；311 :光学斩波器；312 :入射狭缝；313 :反射镜；314 : 第一球面镜；315 :平面衍射光栅；316 :第二球面镜；317 :CCD ;318 :挡光板；319 :斩波控制 器；320 :锁相放大模块；321 :放大模块；322 :第二滤波器；323 :模数转换模块；324 :控制 器；325 : SDRAM ; 330 :显示模块。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图，对发明的若干实施方式做进一步说明。
[0027] 参见图1，图1是本发明所述一种光谱测量方法一实施方式的流程图。在图1示出 的实施方式中，该光谱测量方法包括：
[0028] S101 :将待测光信号通过光学斩波器斩波处理后，转换为待测电信号，进一步转换 为待测数字信号，以及，通过斩波控制器产生与所述待测电信号频率相同的参考信号；
[0029] S102:将所述待测数字信号与参考信号相乘处理后，将相乘处理后的信号进行低 通滤波处理得到第一信号；
[0030] S103:根据所述第一信号计算待测数字信号的幅值和与所述参考信号的相位差。
[0031] 下面详细论述该实施方式涉及的光谱测量方法。
[0032] 理想的方波信号在一个周期内的解析式为：
[0033]
【权利要求】
1. 一种光谱测量方法，其特征在于包括以下步骤： 将待测光信号通过光学斩波器进行斩波处理后，转换为待测电信号，进一步转换为待 测数字信号，以及，通过斩波控制器产生与所述待测电信号频率相同的参考信号； 将所述待测数字信号与参考信号相乘处理后，将相乘处理后的信号进行滤波得到第一 信号； 根据所述第一信号计算待测数字信号的幅值。
2. 如权利要求1所述的一种光谱测量方法，其特征在于：所述待测光信号被阻挡的时 间与通过的时间的比值为A，其中η取大于1的整数。
3. 如权利要求2所述的一种光谱测量方法，其特征在于：根据双相锁相方法计算出待 测数字信号的幅值，或者待测数字信号的幅值和待测数字信号与参考信号之间的相位差。
4. 一种光谱测量装置，其特征在于包括： 信号产生模块，将待测光信号通过光学斩波器进行斩波处理后，转换为待测电信号，进 一步转换为待测数字信号，以及，通过斩波控制器产生与所述待测电信号频率相同的参考 信号； 信号处理模块，用于将所述待测数字信号与参考信号相乘处理后，将相乘处理后的信 号进行滤波得到第一信号； 计算模块，用于根据所述第一信号计算待测数字信号的幅值。
5. 如权利要求4所述的一种光谱测量装置，其特征在于：所述待测光信号被阻挡的时 间与通过的时间的比值为，其中η取大于1的整数。
6. 如权利要求5所述的一种光谱测量装置，其特征在于：根据双相锁相方法计算出待 测数字信号的幅值，或者待测数字信号的幅值和待测数字信号与参考信号之间的相位差。
7. -种光谱测量系统，其特征在于：包括光路模块和锁相放大模块，其中： 所述光路模块包含有光学斩波器，待测光信号经过所述光学斩波器中进行斩波处理； 所述处理模块包括用于输出与所述待测电信号相同频率的参考信号的斩波控制器和 相敏检测器，所述相敏检测器包括乘法器和第一滤波器，所述乘法器的输入端连接所述光 路模块和斩波控制器，输出端与所述第一滤波器连接。
8. 如权利要求7所述的一种光谱测量系统，其特征在于：所述光路模块还依次包括入 射狭缝、反射镜、第一球面镜、平面衍射光栅，然后经第二球面镜聚焦于一 CCD上。
9. 如权利要求7或8所述的一种光谱测量系统，其特征在于：所述锁相放大模块还依 次包括放大模块、第二滤波器、模数转换模块和控制器，所述控制器还分别与FIFO的输入 和输出端连接，以及与缓存器连接。
10. 如权利要求9所述的一种光谱测量系统，其特征在于：还包括显示模块，所述显示 模块与所述控制器连接。
【文档编号】G01J3/457GK104111114SQ201410272739
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】王自鑫, 陈弟虎, 蔡志岗, 付可, 杨利灿, 王敏 申请人:中山大学