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光譜儀計算軟件的掃描采樣能力

發(fā)布時間：2021-01-12 10:09:03 　　　　　　　點擊：5010

創(chuàng)想光譜儀在掃描采樣過程中

，控制儀器按預(yù)定的采樣波長間隔采樣

。為使所采得的光譜譜帶強度信號和該光譜波長能一一對應(yīng)

，存入計算機，以便獲得正確的光譜圖

。可把位置傳感器來的脈沖序列

，經(jīng)接口送入計算機，一面作為中斷信號啟動A/D轉(zhuǎn)換器

，轉(zhuǎn)換來自光電接收器的光強信號；另一面又作為波長位置的計數(shù)信號

，一起存入計算機

，這樣就使二者相對應(yīng)

。

有的較簡易的儀器不需操作者選擇采樣間隔

，有的儀器則預(yù)先設(shè)有幾種采樣間隔，供測試時根據(jù)分辨率不同要求而選擇

，一般高分辨率的工作采樣間隔要小

。采樣間隔小則數(shù)據(jù)增多

，而微型計算機的存儲器容量有限

。因此，有的儀器具有判斷功能

，在設(shè)定掃描波長范圍及選擇采樣間隔后

，計算機判斷是否超過所能存儲數(shù)據(jù)點

。如超過則拒絕執(zhí)行

，操作者可重新選擇

。

創(chuàng)想光譜儀可以實現(xiàn)多種掃描模式

。采用光電記錄的儀器

，影響光譜測量精度的偶然誤差源主要是接收器和放大系統(tǒng)的噪聲。為減小噪聲可以增大放大系統(tǒng)的時時常數(shù)

，但同時要減慢掃描速度v，否則要引起光譜輪廓的嚴重畸變

。為提高信噪比，利用計算機的功能

，可以實現(xiàn)以下幾種掃描模式：

（1）重復(fù)掃描、累加平均將所要測試的光譜段重復(fù)掃描多次,將每次掃描所得信號累加平均

，可提高微弱光信號的信噪比

。這是因為隨機誤差是正態(tài)分布的，測量次數(shù)增多

，測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差就減小

，精度則提高。儀器從起始波長開始掃描

，按選定的采樣間隔依次采樣

，把各采樣點的波長值和光強度數(shù)據(jù)依次一起送入對應(yīng)的存儲器。

到達終止波長后

，在計算機控制下返回到起始波長

，開始第二次重復(fù)掃描，所得信號一對應(yīng)累加并存入對應(yīng)的存儲器

。根據(jù)要求的掃描次數(shù)進行下去,可獲得信噪比改善了的譜圖

。信噪比的提高是重復(fù)掃描次數(shù)的均方根倍

。但是采用這種掃描模式來提高信噪比

，要求儀器的波長掃描機構(gòu)有很高的定(位精度和重復(fù)性

，否則就要導(dǎo)致譜線半寬度的增大。其次是重復(fù)掃描很費時間

。因此

，常常只重復(fù)掃描信號微弱的一小段光諧

，將弱信號從噪聲中突疵出來就可以了。圖所示是硫磺的喇曼光譜圖中的喇曼頻移為186cm附近的小峰

，（曲線1中虛線圓內(nèi)）經(jīng)20次重復(fù)描累加平均后很清楚地可看到信噪比的改善

。一般

，儀器都設(shè)計成重復(fù)掃描次數(shù)是可選擇的，讓使用者在提高信噪比的程度和花費時間多少二者之間權(quán)衡后確定

。

傅里葉變換紅外光譜儀需要移動對干涉圖進行采樣,而商品儀器都是采用快掃描方式,因此每次掃描采得的干涉|圖信號還是較弱的

，都必須重復(fù)掃描累加以提高信噪比

。

簡易型的傅里葉變換紅外光諧儀的重復(fù)掃描次數(shù)是固定的

。在掃描過程中,由于突然的干擾使信號發(fā)生變化

，累加到前次采樣的數(shù)據(jù)上去會引起重大誤差

，因此，高性能的儀器不僅重復(fù)掃描次數(shù)可選擇

，計算機還能將當(dāng)前采樣和前次采樣的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性處理

，發(fā)現(xiàn)不相關(guān)則能自動刪除當(dāng)前掃描采樣的整組數(shù)據(jù)而重新掃描采樣。

創(chuàng)想光譜儀

還有的分光光度計具有重復(fù)掃描的功能，不是為提高信噪比

，而是為比較同一光譜段的不同光諧

，這是重復(fù)重疊掃描的功能

。不同的光譜可以是來自不同的樣品，也可以是同一樣品中隨時間·而變臼的過程,從而顯示出光譜

信意的變化

。這種掃描模式不僅要求主機能在計算機控制下，在選定的測量光譜范圍內(nèi)按設(shè)定的重復(fù)次數(shù)自動掃描采樣

，一般地是邊采樣邊將數(shù)據(jù)輸出到外圍記錄儀上

，不必將所有的光譜數(shù)據(jù)都存儲在計算機內(nèi)

。這樣就要求繪制譜圖的記錄儀的機械結(jié)構(gòu)能使記錄紙返回到所記錄的起始波長位置，定位精度要高

，重復(fù)性要好。在計算機控制下能隨著光譜的重復(fù)掃描過程前進或退回

，使同一波段的光譜按波長準(zhǔn)確地套疊在一起

。

圖所示就是重復(fù)重疊掃描的光譜。顯然

，這種方式可節(jié)省計算機內(nèi)存空間,但觀察變化過程的相應(yīng)光譜的時間分辨率不僅受儀器掃播速度的限制

，還受記錄儀記錄時闊的限制

。在運用通用微型計算機的光譜儀器里，則可以先進行重復(fù)掃描

，把每次掃描的光譜數(shù)據(jù)都到導(dǎo)入

。1過3數(shù)據(jù)后期加工階段

，再逐個光譜取出繪圖并使之套疊在起。圖所示就是利用繪圖時套疊來比較信噪比改善的情況

，同樣的功能可用以比較重復(fù)掃描的光譜。

另外有的儀器有重復(fù)順序掃描的功能

。和前面的重復(fù)掃描方式一樣，主機在選定的光譜范圍內(nèi)重復(fù)掃描采樣

。不同的是每次掃描記錄的諧圖不重疊在一起

，而順次地記錄在記錄紙上，得到和掃描次數(shù)相同的份數(shù)的譜圖

。選定這一掃描模式后

，計算機-一邊控制主機按要求的次數(shù)重復(fù)掃描

，一邊在每次掃描至終止波長后控制記錄儀使記錄紙前進適當(dāng)距離后

，再開始記錄下一次掃描的譜圖。

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