弹光调制双闭环稳定与控制技术的研究

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随着科技飞速发展,在国防安全、空气检测、太空探索、生物工程等高精尖领域,光谱测量愈发受到重视。现有的各种用于光谱测量的光谱仪中,以弹光调制干涉具为核心的弹光调制傅里叶变换光谱仪因工作频率高、适用光谱波段广、反应灵敏精准等优点使其优势显著应用空间广阔。弹光调制器工作状态无法长时间稳定,调制效果受自身热效应及环境限制严重。因此如何克服弹光调制器工作不稳定的问题,对其进行方便准确的控制,保证其调制效果的稳定并能根据需求使其输出需要的调制光程差是弹光调制傅里叶变换光谱仪的发展必须跨过的难关。本文首先分析弹光调制器的构成及工作原理,建立弹光晶体的动态模型对其工作过程中的热耗散引发的频率漂移进行分析,利用得到的谐振频率与相位差关系以及频率漂移对光程差调制效果的影响为基础,对弹光调制双闭环稳定与控制系统进行方案设计。其次以FPGA为控制核心进行硬件系统设计,分别由反馈采集及转换、电压自动调节、A/D反馈、光程差检测、DA转换等模块构成。并实现了以DDS信号发生器的设计和数字鉴相器的设计为基础的频率控制闭环环路程序的设计实现频率制动跟踪的功能,以及用于光程差调制效果反馈的光程差检测程序的设计,进行光程差调制效果补偿的电压控制闭环环路系统和对驱动电压监测的A/D反馈控制程序的设计,还有为采集到的干涉信号进行光谱复原而进行波长定标需要的数据进行传输的程序设计。从而完成对弹光调制器稳定工作和输出需要的调制光程差的控制,而且为进一步的数据处理与光谱反演做准备。最后对系统的各个组成模块进行了测试,并搭建了弹光调制稳定与控制系统实验平台和PEM-FTS综合测试实验平台,对整个系统的工作效果进行测试,系统实现调制效果在大光程差调制状态下的长时间稳定。
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