：本發(fā)明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?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)及方法，它用于凝視型紅外光譜儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的信息獲取效率，特別適合于對(duì)探測(cè)效率要求較高的場(chǎng)合。

背景技術(shù)：
：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(diào)諧濾波器、液晶光閥等)，在某一時(shí)間段內(nèi)獲取同一物質(zhì)的連續(xù)光譜信息，從而進(jìn)行物質(zhì)探測(cè)和識(shí)別，該技術(shù)適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦物勘探、地球科學(xué)等領(lǐng)域。由于目標(biāo)在一定光譜范圍內(nèi)的光信號(hào)被分成數(shù)百個(gè)精細(xì)波段，各個(gè)波段的光信號(hào)能量相對(duì)于寬波段成像系統(tǒng)而已大幅衰減，對(duì)于紅外譜段更是如此，為了檢測(cè)這種微弱紅外光譜信號(hào)達(dá)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(shù)來(lái)進(jìn)行信息處理，這種處理方式是以犧牲探測(cè)時(shí)間來(lái)獲取足夠高的探測(cè)靈敏度的，由于同一物質(zhì)在鄰近的光譜范圍內(nèi)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(shù)時(shí)，鎖相后低通濾波得到的直流電壓信號(hào)可能存在較大差異，由于系統(tǒng)光、電器件的時(shí)間響應(yīng)特性，這兩個(gè)波段的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)其幅度穩(wěn)定需要一定的建立時(shí)間，如果這種差異較大，則需要較長(zhǎng)的時(shí)間完成這種轉(zhuǎn)化。本方法提出在鎖相放大前，針對(duì)不同波段的信號(hào)進(jìn)行分波段變?cè)鲆婵刂品糯?，?duì)存在差異的相鄰波段信號(hào)在鎖相放大前使用不同的增益進(jìn)行信號(hào)放大，盡量保證兩個(gè)連續(xù)信號(hào)的幅度一致，這樣濾波后兩個(gè)波段的電壓信號(hào)幅度接近一致，這樣電壓信號(hào)穩(wěn)定的建立時(shí)間會(huì)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(tǒng)的工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：基于上述問(wèn)題的存在，本發(fā)明提出一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)及方法，這種方法應(yīng)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(hào)鎖相和低通濾波后直流電平的幅值接近，改善系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性，提升系統(tǒng)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?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)包括輸入微弱光譜信號(hào)模塊1，變?cè)鲆婵刂品糯竽K2，同頻參考信號(hào)的整形移相模塊3，相敏檢波處理模塊4，信號(hào)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(diào)諧濾波器、液晶光閥等分光部件設(shè)計(jì)的光譜儀系統(tǒng)，它通過(guò)時(shí)間維特定頻率電驅(qū)動(dòng)掃描，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信號(hào)光線透過(guò)分光部件后的精細(xì)分光。通常而言，光譜儀的設(shè)計(jì)都會(huì)按一定順序?qū)μ綔y(cè)光譜范圍內(nèi)光線進(jìn)行分光掃描，如對(duì)于探測(cè)光譜范圍1.0～3.2μm的紅外光譜儀，設(shè)計(jì)光譜分辨率為10nm，那么設(shè)計(jì)的電驅(qū)動(dòng)掃描方式一般會(huì)使得透過(guò)分光部件的波段λ1、λ2…λ220(共220個(gè)波段)的中心波長(zhǎng)依次為1005nm、1015nm…、3195nm。所述的增加的變?cè)鲆婵刂品糯竽K2如圖3所示，所述的變?cè)鲆婵刂品糯竽K2中有兩個(gè)運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器用來(lái)實(shí)現(xiàn)變?cè)鲆婵刂疲诙\(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)濾波處理，4個(gè)調(diào)整電阻R11～R44和4個(gè)模擬開(kāi)關(guān)S1D1～S4D4組成的無(wú)源電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)光譜信號(hào)的變?cè)鲆婵刂疲唤?jīng)過(guò)紅外探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)Signal在每個(gè)波段的光譜信號(hào)處理時(shí)首先通過(guò)所述的4個(gè)調(diào)整電阻和4個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，針對(duì)信號(hào)的幅值通過(guò)程序控制模擬開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整各個(gè)波段信號(hào)的增益參數(shù)，調(diào)整后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)低通濾波處理送后級(jí)的相敏處理檢波模塊4；所述的4個(gè)調(diào)整電阻和4個(gè)模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的變?cè)鲆婕?jí)數(shù)為16種，通過(guò)增加調(diào)整電阻和模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)量可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)光譜通道信號(hào)增益的更進(jìn)一步精細(xì)調(diào)整。需要說(shuō)明的是由于模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通需要一定的時(shí)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(dǎo)體技術(shù)水平，一般的高速開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間可以小于100ns，相對(duì)于現(xiàn)有體制凝視型紅外光譜儀單通道光譜信號(hào)的獲取時(shí)間(一般在100ms以上)可以忽略其影響。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1.電路實(shí)現(xiàn)形式較為簡(jiǎn)單，對(duì)于提升凝視型紅外光譜儀的探測(cè)效率有顯著效果。2.所提出的方法可應(yīng)用在其它譜段的光譜儀以及成像類光譜儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。附圖說(shuō)明：圖1為采用鎖相放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)的凝視型紅外光譜儀信號(hào)處理流程模塊。圖2為改進(jìn)后的采用鎖相放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)的凝視型紅外光譜儀信號(hào)處理流程模塊；1表示輸入微弱光譜信號(hào)模塊，2表示變?cè)鲆婵刂品糯竽K，3表示同頻參考信號(hào)的整形移相模塊，4表示相敏檢波處理模塊，5表示信號(hào)的低通濾波與直流放大模塊。圖3為程控變?cè)鲆婵刂茖?shí)施電路示意圖。圖4為鎖相放大前后相鄰波段光譜信號(hào)波形及時(shí)間響應(yīng)特性示意圖。圖5為改進(jìn)后鎖相放大前后相鄰波段光譜信號(hào)波形及時(shí)間響應(yīng)特性示意圖。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提出的一種提升凝視型紅外光譜儀工作效率的變?cè)鲆婵刂品椒ㄗ鲞M(jìn)一步的說(shuō)明：首先可以通過(guò)圖4來(lái)解釋凝視型紅外光譜儀采用鎖相放大處理前后兩個(gè)相鄰波段的信號(hào)波形特征。圖4橫左邊表示時(shí)間軸T，縱坐標(biāo)表示電壓幅度V。考慮到凝視型光譜儀各波段信號(hào)之間本身能量存在一定差異，然后與探測(cè)器光譜響應(yīng)特性、光學(xué)鏡片的響應(yīng)特性等因素綜合，經(jīng)調(diào)制后輸入到鎖相放大前端的信號(hào)幅度會(huì)有顯著差異，如圖4所示，假設(shè)波段λ1和波段λ2間的信號(hào)幅度差異如圖4(上)所示，那么經(jīng)過(guò)圖1相敏檢波處理后的信號(hào)波形就如圖4(中)所示，最后經(jīng)過(guò)圖1低通濾波和直流放大后的信號(hào)波形如圖4(下)所示，設(shè)定圖4(下)所示的波段λ1和波段λ2在鎖相處理之后經(jīng)低通濾波的直流信號(hào)幅度為Vλ1和Vλ2，由于兩者存在一定的幅度差異。受限于系統(tǒng)響應(yīng)帶寬，直流電壓從Vλ1到Vλ2的穩(wěn)定建立時(shí)間為T。為了能夠獲取準(zhǔn)確的波段λ2的信號(hào)，在凝視型紅外光譜進(jìn)行波段時(shí)間掃描時(shí)在波段λ2時(shí)需要維持的調(diào)制時(shí)間必須大于T，這成為限制系統(tǒng)提升信息獲取效率的關(guān)鍵因素之一。然后通過(guò)圖5解釋采用變?cè)鲆婵刂品糯蠓椒ê笙噜彶ǘ伍g的信號(hào)波形特征，同樣圖5中橫左邊表示時(shí)間軸T，縱坐標(biāo)表示信號(hào)波形的電壓幅度V。假設(shè)圖5中由探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換送入到鎖相放大器最前端的信號(hào)與圖4系統(tǒng)的一致，設(shè)圖4(上)所示的波段λ1和波段λ2的調(diào)制信號(hào)幅度為Sλ1和Sλ2，采用如圖3所示的電路方法，對(duì)波段λ1設(shè)置增益為Gλ1，對(duì)波段λ2設(shè)置增益為Gλ2，通過(guò)4個(gè)調(diào)整電阻R11～R44和4個(gè)模擬開(kāi)關(guān)S1D1～S4D4的合理設(shè)置使得Sλ1×Gλ1與Sλ2×Gλ2的差值小于0.1倍的Sλ1×Gλ1數(shù)值，通過(guò)變?cè)鲆婵刂品糯蠛蟮牟ㄐ稳鐖D5(上)所示，其波形幅度為Sλ1’和Sλ2’，此時(shí)經(jīng)過(guò)圖2相敏檢波后的信號(hào)波形就如圖5(中)所示，經(jīng)過(guò)圖2低通濾波和直流放大后的信號(hào)波形就如圖5(下)所示，設(shè)定圖5(下)所示的波段λ1和波段λ2在鎖相處理之后經(jīng)低通濾波的直流信號(hào)幅度為Vλ1’和Vλ2’，直流電壓從Vλ1’到Vλ2’的穩(wěn)定建立時(shí)間為T’。最后解釋采用變?cè)鲆娣糯蠓椒ê竽曅图t外光譜儀的探測(cè)效率提升結(jié)果。對(duì)同一套系統(tǒng)而言，采用圖1和圖2所示的方法分別處理的相鄰波段信號(hào)波形如圖4和圖5所示，那么對(duì)于兩者的信號(hào)穩(wěn)定建立時(shí)間有如下關(guān)系：對(duì)于信號(hào)輸出按時(shí)間序列掃描的凝視型光譜儀而言，采用鎖相放大技術(shù)對(duì)一個(gè)波段進(jìn)行調(diào)制的維持時(shí)間必須大于這個(gè)波段信號(hào)電壓的穩(wěn)定建立時(shí)間，對(duì)于系統(tǒng)而言，采用圖1的常規(guī)方法處理時(shí)，光譜通道λ1切換到下一個(gè)光譜通道λ2的時(shí)間間隔必須大于圖4(下)所示的時(shí)間T，而對(duì)于采用圖2所示的變?cè)鲆娣糯筇幚矸椒ê螅庾V通道λ1切換到下一個(gè)光譜通道λ2的時(shí)間只須大于圖5(下)所示的時(shí)間T’，這樣對(duì)于系統(tǒng)而言，其進(jìn)行光譜探測(cè)是系統(tǒng)效率的提升倍數(shù)為：需要說(shuō)明的是，該方法的實(shí)施對(duì)各個(gè)波段信號(hào)的靈敏度并無(wú)實(shí)質(zhì)影響，其主要在于可大大提升系統(tǒng)的光譜探測(cè)效率，對(duì)探測(cè)時(shí)間效率要求較高的場(chǎng)合非常適用。