被动红外光谱仪中微弱信号检测技术的研究

摘要

被动动态傅里叶变换红外光谱仪可用于周围环境红外辐射的光谱分析，红外光谱遥感技术也越来越多的应用在开放环境中探测目标化合物和气相鉴定，其中红外信号检测是光谱仪中的重要组成部分，红外信号调理电路设计的好坏直接影响到光谱仪的探测精度。
　　本论文以被动干涉式大气红外光谱探测技术为背景，设计了基于HgCdTe光电导型红外探测器的微弱信号调理电路（包括前置检测电路和放大电路）和A/D转换电路，用以对光电探测器输出的弱电流信号进行I-V转换、信号处理、低噪声放大和高速A/D转换。通过理论推导和Multisim软件仿真结果及焊板测试验证的实验结果比较，该设计具有较高的信噪比和较好的稳定性，能有效地放大微弱电信号，验证了其正确性和可行性，为项目下一步的进行提供了参考。
　　本论文重点介绍了被动动态干涉式大气遥测红外光谱仪中的中远红外波段探测器微弱信号调理电路的设计及其分析验证，具体内容如下：
　　1）综述了论文的项目背景，意义和国内外研究现状，并重点介绍了红外光谱遥测的检测方法和原理概述，以及主要研究内容。
　　2）研究了被动光谱遥测系统中对入射到光电探测器红外辐射的能量和指标分配；基于高信噪比、高灵敏度、高增益、温漂小和抗干扰能力强的电路设计原理，采用滤波电源供电，使用高速低噪声高精度的运算放大器，通过合理的电路布局和元器件选择来设计检测电路；根据探测器接收干涉光后输出的微弱电信号来设计微分电路、相位补偿电路和差分电路，运用标准的电路理论为检测电路建立等效噪声模型，通过叠加法计算出电路输出端总的电压噪声和信噪比，最后从工程设计角度提出了抑制噪声的方法。
　　3）利用Multisim仿真工具对本论文设计的电路进行仿真，并通过焊板调试得到实验数据，与理论推导结果进行对比，分析了影响红外检测器测量准确性的因素。

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1 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 红外光谱遥测的检测方法和原理概述

1.3 红外光谱遥测的国内外研究现状

1.4 课题来源及主要研究内容

2 被动红外光谱遥测系统的组成及能量分析与指标分配

2.1 红外探测系统的组成和功能

2.2 红外探测器的原理和工作模式

2.3 遥测系统接收入射辐射能量的计算

2.4 红外探测器接收的信号功率

2.5 红外探测器的响应率和能量转换

3 红外遥测系统中微弱信号检测电路设计

3.1 微弱信号检测的特点

3.2 前置红外信号检测电路组成及基本原理

3.3 仪表放大电路的原理和特点

3.4 仪表放大电路在实际应用中遇到的问题

3.5 具体仪表放大电路设计

4 电路噪声分析

4.1 噪声分析方法

4.2 检测电路的噪声分析模型

4.3 检测电路噪声抑制设计

4.4 检测电路总的噪声分析

4.5 A/D转换电路及其噪声分析

4.6 本章总结

5 电路性能仿真分析及实测数据分析

5.1 检测电路工作特性仿真分析

5.2 检测电路的实测数据分析

参考文献

致谢