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光学测量系统信噪比优化方法研究

李卓然 李雨霄 蒋依芹 刘子龙

李卓然,李雨霄,蒋依芹,等. 光学测量系统信噪比优化方法研究[J]. 计量科学与技术,待出版 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0528
引用本文: 李卓然,李雨霄,蒋依芹,等. 光学测量系统信噪比优化方法研究[J]. 计量科学与技术,待出版 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0528
LI Zhuoran, LI Yuxiao, JIANG Yiqin, LIU Zilong. Research on Optimization Method of Signal-to-noise Ratio in Optical Measurement System[J]. Metrology Science and Technology. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0528
Citation: LI Zhuoran, LI Yuxiao, JIANG Yiqin, LIU Zilong. Research on Optimization Method of Signal-to-noise Ratio in Optical Measurement System[J]. Metrology Science and Technology. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0528

光学测量系统信噪比优化方法研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0528
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(61875180);国家重点研发计划(2017YFF0205103)。
详细信息
    作者简介:

    李卓然(1997-),中国计量科学研究院在读研究生,研究方向:材料双向反射分布函数计量,邮箱:lizhr@nim.ac.cn

    通讯作者:

    刘子龙(1980-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:材料双向反射分布函数计量,邮箱:liuzl@nim.ac.cn

Research on Optimization Method of Signal-to-noise Ratio in Optical Measurement System

  • 摘要: 在光学测量中常常受低信噪比问题的影响,导致测量结果的不确定度增大。近红外波段双向反射分布函数(BRDF)的测量由于红外信号强度偏弱,易受环境干扰,面临的低信噪比问题尤其突出。光学测量系统的信噪比问题一般产生自探测系统,对于红外测量系统来说,经常使用斩波器、锁相放大器进行弱信号测量,但同时也引入了噪声问题。因此,本文针对近红外波段BRDF测量信噪比问题,从探测器、斩波器、锁相放大器三部分着手,分析噪声来源并针对性地提出抑制方法与优化措施,以提升信号信噪比。优化后的测量系统较优化前抗噪声能力提高,可重复性由优化前的2.1%提升到1.6%。
  • 图  1  波长-透过率曲线

    Figure  1.  Wavelength-transmittance

    图  2  频率响应曲线

    Figure  2.  Frequency response curve

    图  3  实验光路图

    Figure  3.  Optical circuit diagram

    图  4  优化前后测量结果比较

    Figure  4.  Comparison of measurement results before and after optimization

    图  5  反射信号测量结果频次分布

    Figure  5.  Histogram of reflected signal

    表  1  锁相放大器参数设定

    Table  1.   Lock-in amplifier parameters

    时间常数1 s
    灵敏度100 mV(测量光源)
    100 μm(测量漫反射)
    存储模式高噪声
    同步
    滤波器选择24 dB/oct
    参考频率780 Hz
    下载: 导出CSV
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  • 网络出版日期:  2021-12-02

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