[實用新型]提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制系統

有效

• 申請號: 201520186780.3
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN204514472U
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 李春來;李飛飛;陳凱;徐睿;何志平;王建宇;徐晟;金健
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域：

本實用新型涉及一種凝視型紅外光譜儀，具體涉及一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制系統，它用于凝視型紅外光譜儀的系統設計，提升系統的信息獲取效率，特別適合于對探測效率要求較高的場合。

背景技術：

凝視型紅外光譜儀是一種重要的信息獲取手段，它利用分光部件(聲光可調諧濾波器、液晶光閥等)，在某一時間段內獲取同一物質的連續光譜信息，從而進行物質探測和識別，該技術適用于環境監測、礦物勘探、地球科學等領域。由于目標在一定光譜范圍內的光信號被分成數百個精細波段，各個波段的光信號能量相對于寬波段成像系統而已大幅衰減，對于紅外譜段更是如此，為了檢測這種微弱紅外光譜信號達到一定的信噪比，凝視型紅外光譜儀一般采用鎖相放大技術來進行信息處理，這種處理方式是以犧牲探測時間來獲取足夠高的探測靈敏度的，由于同一物質在鄰近的光譜范圍內可能存在較大的輻射能量差異(如水汽吸收波段附近)，采用鎖相放大技術時，鎖相后低通濾波得到的直流電壓信號可能存在較大差異，由于系統光、電器件的時間響應特性，這兩個波段的電壓信號轉換時其幅度穩定需要一定的建立時間，如果這種差異較大，則需要較長的時間完成這種轉化。

本方法提出在鎖相放大前，針對不同波段的信號進行分波段變增益控制放大，對存在差異的相鄰波段信號在鎖相放大前使用不同的增益進行信號放大，盡量保證兩個連續信號的幅度一致，這樣濾波后兩個波段的電壓信號幅度接近一致，這樣電壓信號穩定的建立時間會大大降低，該方法在不損失靈敏度的前提下可以顯著提升系統的工作效率。

發明內容：

基于上述問題的存在，本實用新型提出一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制系統，它應用在鎖相放大處理流程前，可以使相鄰波段能量差異較大的波段信號鎖相和低通濾波后直流電平的幅值接近，改善系統的時間響應特性，提升系統的信息獲取效率。

一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變增益控制系統包括輸入微弱光譜信號模塊1，變增益控制放大模塊2，同頻參考信號的整形移相模塊3，相敏檢波處理模塊4，信號的低通濾波與直流放大模塊5，其中：

所述的凝視型紅外光譜儀指的是采用類似于聲光可調諧濾波器、液晶光閥等分光部件設計的光譜儀系統，它通過時間維特定頻率電驅動掃描，實現目標信號光線透過分光部件后的精細分光。通常而言，光譜儀的設計都會按一定順序對探測光譜范圍內光線進行分光掃描，如對于探測光譜范圍1.0～3.2μm的紅外光譜儀，設計光譜分辨率為10nm，那么設計的電驅動掃描方式一般會使得透過分光部件的波段λ₁、λ₂…λ₂₂₀(共220個波段)的中心波長依次為1005nm、1015nm…、3195nm。

所述的增加的變增益控制放大模塊2如圖3所示，所述的變增益控制放大模塊2中有兩個運算放大器，第一運算放大器用來實現變增益控制，第二運算放大器實現濾波處理，4個調整電阻R11～R44和4個模擬開關S1D1～S4D4組成的無源電阻網絡來實現光譜信號的變增益控制；經過紅外探測器光電轉換的電信號Signal在每個波段的光譜信號處理時首先通過所述的4個調整電阻和4個模擬開關，針對信號的幅值通過程序控制模擬開關的通斷狀態實時調整各個波段信號的增益參數，調整后的信號再經過低通濾波處理送后級的相敏處理檢波模塊4；所述的4個調整電阻和4個模擬開關實現的變增益級數為16種，通過增加調整電阻和模擬開關的數量可實現對各個光譜通道信號增益的更進一步精細調整。需要說明的是由于模擬開關導通需要一定的時間，所以這種像元增益控制方法也有一定的速度限制，按照目前的半導體技術水平，一般的高速開關導通時間可以小于100ns，相對于現有體制凝視型紅外光譜儀單通道光譜信號的獲取時間(一般在100ms以上)可以忽略其影響。

本實用新型的優點是：

1.電路實現形式較為簡單，對于提升凝視型紅外光譜儀的探測效率有顯著效果。

2.所提出的方法可應用在其它譜段的光譜儀以及成像類光譜儀的系統設計中。

附圖說明：

圖1為采用鎖相放大技術實現的凝視型紅外光譜儀信號處理流程模塊。

圖2為改進后的采用鎖相放大技術實現的凝視型紅外光譜儀信號處理流程模塊；1表示輸入微弱光譜信號模塊，2表示變增益控制放大模塊，3表示同頻參考信號的整形移相模塊，4表示相敏檢波處理模塊，5表示信號的低通濾波與直流放大模塊。

圖3為程控變增益控制實施電路示意圖。