劉茜基于DSP的FTIR光譜儀定鏡調(diào)整系統(tǒng)的研究與應用

PAGE分類號TP273.5 密級UDC 編號10486

武漢大學碩士學位論文

基于DSP的FTIR光譜儀定鏡調(diào)整系統(tǒng)的研究與應用

研究生姓名：劉茜指導教師姓名、職稱：曾立波教授學科專業(yè)名稱：測試計量技術(shù)及儀器研究方向：光譜儀器研制、DSP應用

二○○七年五月Master’sDissertationofWuhanResearch&ApplicationoftheAdjustmentSystemforFixed-mirrorofFTIRSpectrometeronDSPByLIUQianSupervisedByProf.ZENGLiboWuhanMay,2006PAGE鄭重聲明 本人的學位論文是在導師指導下獨立撰寫并完成的，學位論文沒有剽竊、抄襲、造假等違反學術(shù)道德、學術(shù)規(guī)范和侵權(quán)行為，否則本人愿意承擔由此而產(chǎn)生的法律后果和法律責任，特此鄭重聲明。學位論文作者（簽名）：年月日 -PAGEV-摘要基于傅立葉變換光譜學原理的傅立葉變換紅外光譜儀（FourierTransformInfraredSpectrometer—FTIR光譜儀）是繼棱鏡式、光柵式紅外分光光度計后發(fā)展起來的第三代紅外光譜儀，通過獲得物質(zhì)的紅外吸收光譜來鑒別組成物質(zhì)的成分，具有光通量大、準確度高和分辨率高等特點。Michelson干涉儀是FTIR光譜儀的核心部件，其準直性的好壞對動鏡運動的平穩(wěn)性和獲得的光譜圖的質(zhì)量有著直接的影響，繼而影響到整機的性能指標。論文即對干涉儀準直性的保證做了多方面的研究，主要包括干涉儀準直性失調(diào)的理論分析、定鏡動態(tài)校正系統(tǒng)軟、硬件的設計與實現(xiàn)。本文圍繞干涉儀準直性失調(diào)的校正技術(shù)展開，制定了對動鏡和定鏡像間傾斜角度實時校正的控制策略，設計并實現(xiàn)了以TMS320VC5416DSP微處理器為主控器件的控制系統(tǒng)動態(tài)跟蹤動鏡的傾斜狀態(tài)以調(diào)整定鏡平面姿態(tài)，達到校正干涉儀準直性失調(diào)的目的。首先對干涉儀中各類準直性失調(diào)的來源進行了分析，從中找到相應的改善措施。在干涉儀失調(diào)時的光路模型中，討論了表征干涉儀準直性的兩大參數(shù)――調(diào)制度和相位誤差，通過推導建立了調(diào)整算法的數(shù)學模型。為獲得系統(tǒng)所需的控制信號，本文所討論的FTIR光譜儀中激光和紅外光同光路，并通過檢測電路的冗余誤差帶設計有效得保證了50%的占空比和過零檢測的精度，獲得較為理想的激光干涉信號的方波脈沖。建立模型以后，從硬件和軟件兩方面對控制系統(tǒng)進行設計：硬件上，通過相位檢測電路獲取相位差信息，送給DSP進行調(diào)節(jié)計算后輸出數(shù)字調(diào)整量，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換和功放放大后，通過改變永磁－電磁混合式電磁致動器的電磁線圈中電流大小來控制導磁體的微位移，從而調(diào)整定鏡平面的姿態(tài)，實現(xiàn)對動鏡和定鏡像間傾斜角度的有效控制。軟件上，通過讀取狀態(tài)寄存器中的標志位獲悉動鏡的運動情況和主機的控制指令，采用改進PID算法對相位差進行調(diào)節(jié)，提出了分段式調(diào)整定鏡平面姿態(tài)的思想，以保證調(diào)整的精度和穩(wěn)定性。同時還開發(fā)了人機交互接口同計算機通信，以方便用戶在更換分束器后對干涉儀的準直性進行校正，擴寬儀器的波段范圍。最后本文在調(diào)整定鏡和不調(diào)整定鏡的情況下，分別從干涉儀的準直性能（激光調(diào)制度和相位誤差）、動鏡運動的平穩(wěn)性和獲得的光譜圖質(zhì)量三個方面進行了比較，實驗結(jié)果表明本文所開發(fā)的定鏡動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)具有足夠的精度和實時性，能夠保證FTIR光譜儀中干涉儀所需的準直性要求。關(guān)鍵詞：傅立葉變換紅外光譜儀準直性失調(diào)定鏡動態(tài)調(diào)整DSPCPLDABSTRACTFourierTransformInfrared(FTIR)Spectrometer,ontheprincipleofFourierTransformSpectrography,isthethirdgenerationofinfraredspectrometers,afterprismandgratinginfraredspectrophotometer.Itidentifiesthecompositionofthematterthroughtheinfraredabsorptionspectrum,withthecharacteristicsofgreatluminous-flux,highaccuracyandresolutionandsoon.AsthekernelofFTIRSpectrometer,MichelsonInterferometershouldhavegoodperformanceofcollimation,whichinfluencesthestabilityofthemoving-mirrorandthequalityofthespectrum,andalsotakeseffectontheperformanceindexoftheinstrument.Thisthesisresearchesmuchontheguaranteeforthecollimationoftheinterferometer,includingthetheoryanalysisforthemisalignmentoftheinterferometer,thedesignandimplementionofsoftwareandhardwareofthecontrolsystemfordynamicallyadjustingthefixed-mirror.Thisthesisfocusesonthetechnologyofcalibrationforthemisalignmentoftheinterferometer,bygivingthecontrolstrategyforadjustthetiltanglebetweenthemoving-mirrorandtheimageofthefixed-mirror,anddesigningthecontrolsystem,inthechargeofTMS320VC5416DSP,toadjustthefixed-mirrorthroughtracingthedeclivityofthemoving-mirrorsothatthecontrolsystemcancorrectthemisalignmentoftheinterferometer.Atfirst,thisthesisanalyzesthesourcesofvariousalignmentsoftheinterferomenter,andfindsthewaysfortheimprovment.Inthelightpathmodelofthealignmentoftheinterferometer,itdicussesthetwoparametersofthecollimationperformanceoftheinterferometerwhicharemodulationdegreeandphasedifference,andestablishesthemathematicmodeloftheadjustingalgorithm.Inordertoobtainthecontrolsignal,thelightpathofthelaserandinfraredlightofFTIRSpectrometergiveninthisthesisarethesame.Thethesisdesignserrorbandofthedetectingcircuittoguaranteethedutycycleof50%andhighaccuracyofthezero-crossingdetection,anditgetstheideapulseoflasersignalfinally.Thisthesistakesthecontrolsystemintoconsiderationfromtwoaspectsofhardwareandsoftwareaftertheestablishmentofthemodel.Whenitcomestohardware,itgetstheinformationofphasedifferencefromthezero-crossingdetectioncircuit,andthensendsittoDSPfortheregulationtogetdigitalvalueofadjustment,whichcanchangethecurrentinthemagneticcoiloftheelectromagneticactuatortocontrolthemicro-displacementofthemagneticconductoraftertheconversionoftheDAcircuitandtheamplificationofthepoweramplifier.Therefore,theattitudeofthefixed-mirrorcanbeadjusted,andthetiltanglebetweenthemoving-mirrorandtheimageofthefixed-mirrorcanbelimited.Asfarassoftwareisconcerned,thethesisgetstoknowthemovementofthemoving-mirrorandinstructionfromthehostbyreadingtheflagbitsinthestatusregister,adoptsmodifiedPIDalgorithmtoadjustthephasedifference,andbringsaboutthesectionalcontrolfortheadjustmentofthefixed-mirror'sattitudetoguaranteetheaccuracyandstability.Thisthesisdevelopsman-machineinterfacetocommunicatewiththecomputer,sothattheclientcancorrectthealignmentoftheinterferometerafterchangingbeam-splitter,whichexpandsthebandrangeoftheinstrument.Underthecircumstanceofadjustingornon-adjustingthefixed-mirror,thisthesiscomparestheminthelightofcollimationperformanceoftheinterferometerwhichconsistsofmodulationdegreeandphasedifference,stabilityofthemoving-mirrorandthequalityofthespectrum.Theexperimentaldatashowthatthecontrolsystemdesignedandimplementedbythisthesishastheenoughaccuracyandreal-time,meaningthatitcansatisfytherequirmentofcollimationoftheinterferometerintheFTIRSpectrometer. KeyWords:FTIRSpectrometer；Misalignment；DynamicAdjustmentoftheFixed-Mirror；DSP；CPLD目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 IABSTRACT II引言 1第一章緒論 2§1.1傅立葉變換紅外光譜儀的發(fā)展 2§1.2國內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀 4§1.3研究背景和選題意義 6§1.4本文主要研究內(nèi)容 7第二章干涉儀非準直誤差理論分析 9§2.1概述 9§2.2干涉儀準直性失調(diào)的種類和來源 9§2.3干涉系統(tǒng)準直性失調(diào)時的光路模型分析 10§2.4入射孔徑的形狀對干涉圖的影響 12§2.4.1信號光束的入射孔徑為矩形 12§2.4.2信號光束的入射孔徑為圓形 13§2.5傾斜誤差分析與討論 14§2.5.1調(diào)制度分析 14§2.5.2相位誤差分析 15第三章系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 18§3.1硬件模塊 18§3.1.1核心部件DSP簡介 19§3.1.2邏輯器件CPLD簡介 21§3.1.3系統(tǒng)硬件模塊實現(xiàn) 22§3.2軟件模塊 23§3.2.1調(diào)整算法 23§3.2.2控制策略 26第四章系統(tǒng)電路設計 28§4.1參考激光干涉系統(tǒng) 28§4.1.1動鏡與定鏡像間傾斜角度獲取 29§4.1.2電路實現(xiàn) 30§4.2DSP控制模塊 32§4.2.1電源電路 33§4.2.2存儲器擴展設計 36§4.2.3時鐘電路 37§4.2.4JTAG仿真電路 37§4.3驅(qū)動模塊 38§4.3.1電磁致動器簡介 38§4.3.2DA電路設計 39§4.3.3功放驅(qū)動電路 41第五章調(diào)整算法實現(xiàn) 43§5.1軟件編寫概述 43§5.1.1DSP集成開發(fā)環(huán)境簡介 43§5.1.2基于C和匯編語言混合編程 44§5.1.3定點DSP實現(xiàn)浮點運算的基本原理 44§5.2CPLD邏輯設計 46§5.2.1相位檢測原理 47§5.2.2計數(shù)器模塊 48§5.2.3狀態(tài)寄存器和控制寄存器 50§5.2.4串并轉(zhuǎn)換移位模塊 51§5.2.5其他功能 51§5.3控制程序總體結(jié)構(gòu) 51§5.3.1系統(tǒng)初始化模塊 51§5.3.2中斷服務子程序 51§5.3.3控制算法實現(xiàn) 52§5.3.4Bootloader模塊 54第六章實驗結(jié)果及討論 56§6.1定鏡可調(diào)范圍分析 56§6.1.1傾角與相位差間的關(guān)系 56§6.1.2數(shù)據(jù)處理實例 57§6.1.3系統(tǒng)調(diào)整范圍限定 57§6.2誤差理論分析 58§6.2.1調(diào)整性能分析 58§6.2.2調(diào)整誤差分析 59§6.3實驗條件 60§6.4實驗數(shù)據(jù)及討論 61§6.4.1從干涉儀準直性能評價定鏡動態(tài)調(diào)整的效果 61§6.4.2從動鏡運動平穩(wěn)性評價定鏡動態(tài)調(diào)整的效果 63§6.4.3從譜圖質(zhì)量評價定鏡動態(tài)調(diào)整的效果 64§6.4.4實驗小結(jié) 66第七章總結(jié)與展望 67§7.1本文工作總結(jié) 67§7.2展望 68參考文獻 70致謝 72-PAGE73-引言 自Kirchhoff和Bunsen于1859年制成了世界上第一臺結(jié)構(gòu)完整的光譜儀器以來，光譜儀器本身及其應用也發(fā)展到相當完善的程度。在本世紀60年代左右光譜技術(shù)和光譜儀器的發(fā)展似乎已經(jīng)停滯，在原理、設計、應用個方面似乎已經(jīng)滿足了當時科技、產(chǎn)業(yè)的需求，從真空紫外到遠紅外，都已建立了完整的光譜定性、定量分析方法及整套光譜線譜、圖譜，并發(fā)展了與之相適應的各種光譜儀器。FTIR光譜儀利用干涉圖和光譜圖之間的對應關(guān)系，通過測量干涉圖并對干涉圖進行傅立葉積分變換的方法來得到光譜圖。隨著現(xiàn)代化光電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)TIR光譜儀一方面逐步向小型化的便攜式方向發(fā)展，另一方面則是向著大規(guī)模的多功能方向發(fā)展，本文研制的定鏡動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)就是針對實驗室用的多功能FTIR光譜儀的性能保證而提出的。FTIR光譜儀的定性和定量功能的實現(xiàn)是通過動鏡得不斷運動改變光程差來得以實現(xiàn)的，動鏡運動過程中的位置誤差和平穩(wěn)性決定了干涉效果和獲得的光譜圖質(zhì)量，而激光干涉信號的好壞則決定了驅(qū)動動鏡運動的電機的運動性能，因此動鏡和定鏡在動鏡運動過程中的準直狀態(tài)的保持尤為重要。建立在離散信號和系統(tǒng)的基礎之上的DSP理論易于進行數(shù)學處理，能夠通過對模擬信號采樣來獲得離散時間信號。因此基于DSP的控制系統(tǒng)可用DSP處理器、ADC和DAC代替放大器、調(diào)制器和濾波器等模擬裝置，以軟件實現(xiàn)特定信號處理算法或計算說明來執(zhí)行數(shù)字運算、處理數(shù)字信號。同時DSP系統(tǒng)的成本一直在持續(xù)降低，而性能一直在升高。本論文即以DSP處理器為主控裝置的控制系統(tǒng)，在動鏡運動過程中動態(tài)跟蹤動鏡的傾斜，將傾斜量預處理后經(jīng)DSP運算得到定鏡修正的偏轉(zhuǎn)角度，再通過功放輸出驅(qū)動微位移驅(qū)動器控制定鏡平面姿態(tài)，以保證動鏡和定鏡間的良好準直狀態(tài)。同時還設計了人機交互接口，方便操作人員操作計算機通過USB單片機發(fā)指令給DSP來校正定鏡平面姿態(tài)，以擴展儀器的譜段范圍，具有良好的操作性和擴展性。第一章緒論[本章摘要]本章首先介紹FTIR光譜儀的發(fā)展歷史，然后介紹了其核心部件干涉儀準直性保證的國內(nèi)外現(xiàn)狀，并給出了本文實現(xiàn)的基本方案和策略，在此基礎上得出了本文的選題意義，最后簡述了本文各章的組織構(gòu)成和論文的安排情況?！?.1傅立葉變換紅外光譜儀的發(fā)展FTIR光譜儀也是用來獲得物質(zhì)的紅外吸收光譜，但其測定原理不同于其他類型的紅外光譜儀ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳瑾光</Author><Year>1994</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">吳瑾光</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應用（上卷）</style></title></titles><pages>1-100</pages><dates><year>1994</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">科學技術(shù)文獻出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。FTIR光譜儀是采用雙光束干涉原理,使相干光束間的相位差連續(xù)變化，通過采集記錄干涉圖（中央條紋的光強變化曲線），然后對其進行傅立葉積分變換獲得光譜圖ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bell.R.J</Author><Year>1972</Year><RecNum>3</RecNum><record><rec-number>3</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Bell.R.J</author></authors></contributors><titles><title>IntroductoryFourierTransformSpectroscopy</title></titles><pages>141-145</pages><dates><year>1972</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>AcademicPress</publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>李全臣，蔣月娟</Author><Year>1999</Year><RecNum>10</RecNum><record><rec-number>10</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李全臣，蔣月娟</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光譜儀器原理</style></title></titles><pages>279-291</pages><dates><year>1999</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京理工大學出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2,3]。與傳統(tǒng)的色散型光譜儀和布里－珀羅干涉光譜儀不同，F(xiàn)TIR光譜儀不是使不同波長的光譜組元在空間分解開來、在不同的空間位置獲得不同波長的光譜信息ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李全臣，蔣月娟</Author><Year>1999</Year><RecNum>10</RecNum><record><rec-number>10</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李全臣，蔣月娟</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光譜儀器原理</style></title></titles><pages>279-291</pages><dates><year>1999</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京理工大學出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]，而是以某種數(shù)學方式對光譜信息進行編碼的攝譜儀，能同時測量、記錄所有譜元的信號，并以更高的效率采集來自光源的輻射能量，從而使它具有比傳統(tǒng)光譜儀高得多的信噪比和分辨率ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]；其數(shù)字化的光譜數(shù)據(jù)，也便于數(shù)據(jù)的計算機處理和演繹。正是這些基本優(yōu)點，使傅立葉變換光譜方法發(fā)展為目前紅外和遠紅外波段中最有力的光譜工具，并向近紅外ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陸婉珍，袁洪福，徐廣通，強冬梅</Author><Year>2000</Year><RecNum>11</RecNum><record><rec-number>11</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陸婉珍，袁洪福，徐廣通，強冬梅</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">現(xiàn)代紅外光譜分析技術(shù)</style></title></titles><dates><year>2000</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">中國石化出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]、可見和近紫外ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李志剛</Author><Year>2000</Year><RecNum>12</RecNum><record><rec-number>12</rec-number><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李志剛</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">紫外－真空紫外傅里葉變換光譜技術(shù)的研究</style></title></titles><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">博士</style></volume><dates><year>2000</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">中國科學院長春光學精密機械與物理研究所博士學位論文</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]波段擴展，和熒光、喇曼散射等其他光譜技術(shù)相結(jié)合。它的研究、開發(fā)和應用已經(jīng)形成了光譜學的一個獨立分支——傅立葉變換光譜學，或稱干涉光譜學ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>虞寶珠</Author><Year>1980</Year><RecNum>5</RecNum><record><rec-number>5</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">虞寶珠</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">傅里葉變換光譜技術(shù)及其應用</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">物理</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>物理</full-title></periodical><pages>545-557</pages><volume>13</volume><number>9</number><dates><year>1980</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]。1880年，Michelson發(fā)明了能方便而精確地改變和控制兩相干光束間的光程差的干涉儀，并以他的名字命名為Michelson干涉儀ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Griffeths</Author><Year>1986</Year><RecNum>6</RecNum><record><rec-number>6</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>P.R.Griffeths</author></authors></contributors><titles><title>Fouriertransforminfraredspectrometry</title></titles><pages>145-156</pages><dates><year>1986</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>Wiley</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]。Michelson還認識到，從干涉儀的干涉條紋，有可能導出某些光譜信息。他據(jù)此推測出氫原子光譜的巴爾末紅線是一條雙線而非單線，這在當時是無法用任何其他實驗方法來分辨的。接著瑞利認識到，由干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋即我們所稱的干涉圖，可以通過傅立葉積分變換的數(shù)學運算同通過干涉儀的輻射光譜聯(lián)系起來。首次對干涉圖的準確測量，則是由RubensADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]等人在本世紀初采用雙束干涉儀方法實現(xiàn)的，他們還根據(jù)假定的光譜分布計算了干涉圖，來與實驗測得的干涉圖進行比較。盡管如此，直到上世紀50年代，傅立葉變換光譜學才得到真正的突破和開發(fā)。1949年，F(xiàn)ellgettADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]第一次真正通過對干涉圖的傅立葉積分變換獲得光譜圖。他首先指出，注重采用干涉方法測量光譜的主要優(yōu)點是同時接收和測量來自所有光譜頻率的訊號。因而在相同信噪比、分辨率情況下可大大減少測量時間，或在維持同樣測量時間的條件下可以獲得比色散型光譜儀高得多的信噪比。干涉光譜學方法的這一優(yōu)點，借用無線電測量的術(shù)語，稱之為多頻道優(yōu)點。干涉光譜學方法的另一基本優(yōu)點，所謂高通量優(yōu)點則是在50年代初期由JacquinotADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bracewell</Author><Year>1965</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>R.Bracewell</author></authors></contributors><titles><title>TheFourierTransformanditsApplicaion</title></titles><dates><year>1965</year></dates><pub-location>NewYork</pub-location><publisher>McGraw-Hill</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]首先認識到的。在Fellgett和Jacquinot提出了傅立葉變換光譜方法的基本優(yōu)點以后，J.D.Strong和他的合作者H.A.Gebbie，E.V.Loewenstein和G.Vanasse在開發(fā)這一光譜方法方面作出了重要貢獻。他們的實驗證實了上述干涉光譜學方法的基本優(yōu)點是可以實現(xiàn)的。他們研制的傅立葉變換光譜儀獲得了良好的分辨率和信噪比。除此以外，他們還首先發(fā)展了用于遠紅外和亞毫米波段的片狀光柵型干涉儀。L.Genzel等人也同時發(fā)展了這種亞毫米波段的片狀光柵型干涉儀．并以周期性掃描模式工作。Jacquinot的學生P.Connes和J.Connes夫婦在發(fā)展近紅外傅立葉光譜方法、傅立葉變換數(shù)據(jù)處理和用于天文觀測方面作出了重要貢獻。J.Connes還在60年代初期總結(jié)和闡述了傅立葉光譜方法的主要理論問題。到了60年代中期，傅立葉變換光譜學方法得到了決定性的突破，即所謂快速傅立葉交換算法(FFT)的發(fā)現(xiàn)和推廣ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>沈?qū)W礎</Author><Year>1982</Year><RecNum>7</RecNum><record><rec-number>7</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">沈?qū)W礎</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">物理學進展</style></title></titles><pages>277-322</pages><dates><year>1982</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]。采用常規(guī)的傅立葉變換運算，即使是采用當時最大型的數(shù)字電子計算機進行處理也需要幾個小時才能完成一個較高分辨率的變換光譜的運算。這就大大限制了傅立葉變換光譜學方法的使用范圍。而采用Cooley－Tukey發(fā)現(xiàn)的快速傅立葉變換算法，幾分鐘就能完成原來需要幾小時才能完成的變換運算。計算一個較低分辨率的光譜，甚至只需要幾秒鐘的時間。這一計算方法的發(fā)現(xiàn)和推廣為后來商用傅立葉光譜儀的實時光譜顯示和記錄奠定了堅實的基礎。所有上述這些貢獻以及其他大量在文中無法提及的工作使得70-80年代傅立葉變換光譜學方法得到了迅速的發(fā)展和普及，許多光譜儀器制造廠商競相開發(fā)和生產(chǎn)多種形式的傅立葉變換紅外光譜儀，使之成為當今紅外光譜儀的主導產(chǎn)品ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳瑾光</Author><Year>1994</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">吳瑾光</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應用（上卷）</style></title></titles><pages>1-100</pages><dates><year>1994</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">科學技術(shù)文獻出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。應用方面，它們也已成為紅外、遠紅外、亞毫米波段ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張光昭</Author><Year>1985</Year><RecNum>9</RecNum><record><rec-number>9</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">張光昭</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">工作在亞毫米波段的傅里葉變換譜儀</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">波譜學雜志</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>波譜學雜志</full-title></periodical><pages>97-103</pages><volume>2</volume><number>2</number><dates><year>1985</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]以至近紅外波段最有效的和常規(guī)的光譜方法而廣泛用于物理、化學、生物和醫(yī)藥的基本研究和檢測，天文觀測，各種工業(yè)生產(chǎn)過程、大氣環(huán)境污染狀況的檢測和控制，核同位素分析和等離子體熱核反應溫度測量等各種方面，而且在綜合性能、使用方便、價格等方面也超過了傳統(tǒng)的色散型光譜裝置，以至傳統(tǒng)色散型光譜方法也正努力借鑒傅立葉光譜方法的優(yōu)點?！?.2國內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀對于FTIR光譜儀的核心部件干涉儀而言，如果動鏡和定鏡的波面存在夾角，會使得干涉圖的干涉區(qū)域減小，條紋調(diào)制度下降，相位誤差增大，勢必影響到還原后的頻譜圖。理論上要求FTIR光譜儀的最終波面誤差小于1/4，其中為光譜儀工作波長的最小值ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>于立民，代作曉</Author><Year>2003</Year><RecNum>18</RecNum><record><rec-number>18</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">于立民，代作曉</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">相位檢測法定鏡自適應校正技術(shù)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光學精密工程</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>光學精密工程</full-title></periodical><pages>448-452</pages><number>11</number><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。舉例來說，假設反射鏡直徑為，儀器工作波長的最小值為，則要求波面誤差不超過1/4時，動鏡和定鏡像間的傾斜角必須控制在小于的范圍內(nèi)?？梢妴渭円揽繖C械加工是難以保證的，因此必須采用一定的措施控制動鏡和定鏡像的傾斜角度在允許范圍內(nèi)。目前國際上解決這個問題的方法有兩種：一種是采用角反射鏡或貓眼反射鏡形成光束自動準直ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Johnston</Author><Year>1991</Year><RecNum>16</RecNum><record><rec-number>16</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>ScanF.Johnston</author></authors></contributors><titles><title>FourierTransformInfrared-aConstantlyEvolvingTechnology</title><secondary-title>ELLISHORWOOD</secondary-title></titles><periodical><full-title>ELLISHORWOOD</full-title></periodical><dates><year>1991</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]；另一種是采用動態(tài)調(diào)整定鏡平面姿態(tài)的方法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Z.J.Lu</Author><Year>1988</Year><RecNum>51</RecNum><record><rec-number>51</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">Z</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">J</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Lu</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">,</style><styleface="normal"font="default"size="100%">R</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Koehler</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">,</style><styleface="normal"font="default"size="100%">W</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Gault</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">,</style><styleface="normal"font="default"size="100%">and</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">F</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">C</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.</style><styleface="normal"font="default"size="100%">Liang</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">dynamic</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">alignment</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">system</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">for</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">scanning</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">michelson</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"size="100%">interferomete