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研究生: 郭弘仁
論文名稱: 以數位訊號處理器為基礎之光譜分光量測系統
指導教授: 張國維
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 光柵光譜分光數位訊號處理器
英文關鍵詞: Grating-based, Spectrum filtering, DSP-based
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:369下載:31
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  • 精密儀器是科技發展的一項重要指標,許多科技的進步,都必須依賴量測儀器作深入的分析。隨著光通訊、光電檢測與控制、微光機電、生物醫學科技的發展,對於光譜分光量測系統(Spectrum filtering measurement system)之研究與應用方面的需求,一直不斷地在成長與更新。例如,由於光學與光電元件在紅外光、可見光、或紫外光等光譜範圍所具有的特性不同,在該光譜範圍之光譜量測系統設計與製作技術的需求會有相當大的差異。因此,在光譜分光量測系統設計、測試、與製作方面,為達到令人滿意的量測準確度與重複性,考慮光路的控制、光學元件架設的穩定性(或系統建構的誤差容忍度)、感測器上的光輻射照度的調節,以及雜光的影響等因素是非常重要的。本論文的目的在於發展出一套以數位訊號處理器為基礎之光譜分光量測系統的設計、分析、模擬、製作、與測試的系統技術。此技術不僅可以應用在一般可見光的光譜量測亦可應用在生物、醫療、化學領域之光學或光電元件的精密光譜分析。相信此一論文對於光電量測與光機電系統整合之學術研究與產業發展將有相當大的助益。

    Precision instrumentation is an important index of technology development. Progress of many technologies has to depend on measuring instruments for in-depth analysis. With the development of optical communication, electro-optical measurement and control, micro-opto-mechatronics, and bio-technology, the demands for researches and applications of spectrum filtering measurement system are always increasingly updated and modified. For example, due to the different characteristics of spectrum ranges among infrared, visible, and ultra-violet light, the needs of design and fabrication for spectral measurement systems will considerably differ. Therefore, regarding the system design, testing, and production, it is important to consider the control of optical path, stability (or error tolerance) of optical component installation, adjustment of the illuminance on sensor, and effects of stray light. The objectives of this thesis are to develop a system integration technique for a digital signal processor (DSP) based spectral filtering measurement system through the processes of design, analysis, simulation, establishment, and testing. This technique can apply not only to the spectrum filtering measurement system for the measurements of visible light spectrum, but also to the precise spectrum analysis for the optical or opto-electronic devices for biologics, medicine and chemistry. It is believed that this thesis will be beneficial to the academic researches and industrial developments of opto-electronic measurement and opto-mechatronic systems.

    第一章緒論 1.1研究背景與動機⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1.2 論文架構⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 第二章繞射光柵的理論基礎 2.1 光柵分光原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2.2 光柵角度色散⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2.3 光柵分光解析能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2.4 繞射光柵分光效率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14 第三章實驗設計與模擬 3.1 極化光對反射式光柵的影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 3.2 角度色散(光譜分光均勻度)量測⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27 3.3 光譜分光解析能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 3.4 光譜強度校正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35 第四章以DSP為基礎架構光譜分光量測系統 4.1 系統設計規格與目標⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38 4.2 系統方塊設計⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40 4.3 系統電路實作設計與實現⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50 第五章系統整合與實驗量測 5.1 光學組態設計與分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62 5.2 光機結構設計與分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯64 5.3 光電感測與信號處理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯67 5.4 光機電系統整合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯68 第六章討論與未來工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71 參考文獻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72
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