刘茜基于DSP的FTIR光谱仪定镜调整系统的研究与应用

PAGE分类号TP273.5 密级UDC 编号10486

武汉大学硕士学位论文

基于DSP的FTIR光谱仪定镜调整系统的研究与应用

研究生姓名：刘茜指导教师姓名、职称：曾立波教授学科专业名称：测试计量技术及仪器研究方向：光谱仪器研制、DSP应用

二○○七年五月Master’sDissertationofWuhanResearch&ApplicationoftheAdjustmentSystemforFixed-mirrorofFTIRSpectrometeronDSPByLIUQianSupervisedByProf.ZENGLiboWuhanMay,2006PAGE郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则本人愿意承担由此而产生的法律后果和法律责任，特此郑重声明。学位论文作者（签名）：年月日 -PAGEV-摘要基于傅立叶变换光谱学原理的傅立叶变换红外光谱仪（FourierTransformInfraredSpectrometer—FTIR光谱仪）是继棱镜式、光栅式红外分光光度计后发展起来的第三代红外光谱仪，通过获得物质的红外吸收光谱来鉴别组成物质的成分，具有光通量大、准确度高和分辨率高等特点。Michelson干涉仪是FTIR光谱仪的核心部件，其准直性的好坏对动镜运动的平稳性和获得的光谱图的质量有着直接的影响，继而影响到整机的性能指标。论文即对干涉仪准直性的保证做了多方面的研究，主要包括干涉仪准直性失调的理论分析、定镜动态校正系统软、硬件的设计与实现。本文围绕干涉仪准直性失调的校正技术展开，制定了对动镜和定镜像间倾斜角度实时校正的控制策略，设计并实现了以TMS320VC5416DSP微处理器为主控器件的控制系统动态跟踪动镜的倾斜状态以调整定镜平面姿态，达到校正干涉仪准直性失调的目的。首先对干涉仪中各类准直性失调的来源进行了分析，从中找到相应的改善措施。在干涉仪失调时的光路模型中，讨论了表征干涉仪准直性的两大参数――调制度和相位误差，通过推导建立了调整算法的数学模型。为获得系统所需的控制信号，本文所讨论的FTIR光谱仪中激光和红外光同光路，并通过检测电路的冗余误差带设计有效得保证了50%的占空比和过零检测的精度，获得较为理想的激光干涉信号的方波脉冲。建立模型以后，从硬件和软件两方面对控制系统进行设计：硬件上，通过相位检测电路获取相位差信息，送给DSP进行调节计算后输出数字调整量，经DA转换和功放放大后，通过改变永磁－电磁混合式电磁致动器的电磁线圈中电流大小来控制导磁体的微位移，从而调整定镜平面的姿态，实现对动镜和定镜像间倾斜角度的有效控制。软件上，通过读取状态寄存器中的标志位获悉动镜的运动情况和主机的控制指令，采用改进PID算法对相位差进行调节，提出了分段式调整定镜平面姿态的思想，以保证调整的精度和稳定性。同时还开发了人机交互接口同计算机通信，以方便用户在更换分束器后对干涉仪的准直性进行校正，扩宽仪器的波段范围。最后本文在调整定镜和不调整定镜的情况下，分别从干涉仪的准直性能（激光调制度和相位误差）、动镜运动的平稳性和获得的光谱图质量三个方面进行了比较，实验结果表明本文所开发的定镜动态调整系统具有足够的精度和实时性，能够保证FTIR光谱仪中干涉仪所需的准直性要求。关键词：傅立叶变换红外光谱仪准直性失调定镜动态调整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目录TOC\o"1-3"\h\z摘要 IABSTRACT II引言 1第一章绪论 2§1.1傅立叶变换红外光谱仪的发展 2§1.2国内外发展和研究现状 4§1.3研究背景和选题意义 6§1.4本文主要研究内容 7第二章干涉仪非准直误差理论分析 9§2.1概述 9§2.2干涉仪准直性失调的种类和来源 9§2.3干涉系统准直性失调时的光路模型分析 10§2.4入射孔径的形状对干涉图的影响 12§2.4.1信号光束的入射孔径为矩形 12§2.4.2信号光束的入射孔径为圆形 13§2.5倾斜误差分析与讨论 14§2.5.1调制度分析 14§2.5.2相位误差分析 15第三章系统基本结构 18§3.1硬件模块 18§3.1.1核心部件DSP简介 19§3.1.2逻辑器件CPLD简介 21§3.1.3系统硬件模块实现 22§3.2软件模块 23§3.2.1调整算法 23§3.2.2控制策略 26第四章系统电路设计 28§4.1参考激光干涉系统 28§4.1.1动镜与定镜像间倾斜角度获取 29§4.1.2电路实现 30§4.2DSP控制模块 32§4.2.1电源电路 33§4.2.2存储器扩展设计 36§4.2.3时钟电路 37§4.2.4JTAG仿真电路 37§4.3驱动模块 38§4.3.1电磁致动器简介 38§4.3.2DA电路设计 39§4.3.3功放驱动电路 41第五章调整算法实现 43§5.1软件编写概述 43§5.1.1DSP集成开发环境简介 43§5.1.2基于C和汇编语言混合编程 44§5.1.3定点DSP实现浮点运算的基本原理 44§5.2CPLD逻辑设计 46§5.2.1相位检测原理 47§5.2.2计数器模块 48§5.2.3状态寄存器和控制寄存器 50§5.2.4串并转换移位模块 51§5.2.5其他功能 51§5.3控制程序总体结构 51§5.3.1系统初始化模块 51§5.3.2中断服务子程序 51§5.3.3控制算法实现 52§5.3.4Bootloader模块 54第六章实验结果及讨论 56§6.1定镜可调范围分析 56§6.1.1倾角与相位差间的关系 56§6.1.2数据处理实例 57§6.1.3系统调整范围限定 57§6.2误差理论分析 58§6.2.1调整性能分析 58§6.2.2调整误差分析 59§6.3实验条件 60§6.4实验数据及讨论 61§6.4.1从干涉仪准直性能评价定镜动态调整的效果 61§6.4.2从动镜运动平稳性评价定镜动态调整的效果 63§6.4.3从谱图质量评价定镜动态调整的效果 64§6.4.4实验小结 66第七章总结与展望 67§7.1本文工作总结 67§7.2展望 68参考文献 70致谢 72-PAGE73-引言 自Kirchhoff和Bunsen于1859年制成了世界上第一台结构完整的光谱仪器以来，光谱仪器本身及其应用也发展到相当完善的程度。在本世纪60年代左右光谱技术和光谱仪器的发展似乎已经停滞，在原理、设计、应用个方面似乎已经满足了当时科技、产业的需求，从真空紫外到远红外，都已建立了完整的光谱定性、定量分析方法及整套光谱线谱、图谱，并发展了与之相适应的各种光谱仪器。FTIR光谱仪利用干涉图和光谱图之间的对应关系，通过测量干涉图并对干涉图进行傅立叶积分变换的方法来得到光谱图。随着现代化光电子技术和计算机技术的发展，FTIR光谱仪一方面逐步向小型化的便携式方向发展，另一方面则是向着大规模的多功能方向发展，本文研制的定镜动态调整系统就是针对实验室用的多功能FTIR光谱仪的性能保证而提出的。FTIR光谱仪的定性和定量功能的实现是通过动镜得不断运动改变光程差来得以实现的，动镜运动过程中的位置误差和平稳性决定了干涉效果和获得的光谱图质量，而激光干涉信号的好坏则决定了驱动动镜运动的电机的运动性能，因此动镜和定镜在动镜运动过程中的准直状态的保持尤为重要。建立在离散信号和系统的基础之上的DSP理论易于进行数学处理，能够通过对模拟信号采样来获得离散时间信号。因此基于DSP的控制系统可用DSP处理器、ADC和DAC代替放大器、调制器和滤波器等模拟装置，以软件实现特定信号处理算法或计算说明来执行数字运算、处理数字信号。同时DSP系统的成本一直在持续降低，而性能一直在升高。本论文即以DSP处理器为主控装置的控制系统，在动镜运动过程中动态跟踪动镜的倾斜，将倾斜量预处理后经DSP运算得到定镜修正的偏转角度，再通过功放输出驱动微位移驱动器控制定镜平面姿态，以保证动镜和定镜间的良好准直状态。同时还设计了人机交互接口，方便操作人员操作计算机通过USB单片机发指令给DSP来校正定镜平面姿态，以扩展仪器的谱段范围，具有良好的操作性和扩展性。第一章绪论[本章摘要]本章首先介绍FTIR光谱仪的发展历史，然后介绍了其核心部件干涉仪准直性保证的国内外现状，并给出了本文实现的基本方案和策略，在此基础上得出了本文的选题意义，最后简述了本文各章的组织构成和论文的安排情况。§1.1傅立叶变换红外光谱仪的发展FTIR光谱仪也是用来获得物质的红外吸收光谱，但其测定原理不同于其他类型的红外光谱仪ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吴瑾光</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%">吴瑾光</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">近代傅里叶变换红外光谱技术及应用（上卷）</style></title></titles><pages>1-100</pages><dates><year>1994</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">科学技术文献出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。FTIR光谱仪是采用双光束干涉原理,使相干光束间的相位差连续变化，通过采集记录干涉图（中央条纹的光强变化曲线），然后对其进行傅立叶积分变换获得光谱图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，蒋月娟</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，蒋月娟</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光谱仪器原理</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%">北京理工大学出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2,3]。与传统的色散型光谱仪和布里－珀罗干涉光谱仪不同，FTIR光谱仪不是使不同波长的光谱组元在空间分解开来、在不同的空间位置获得不同波长的光谱信息ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李全臣，蒋月娟</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，蒋月娟</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光谱仪器原理</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%">北京理工大学出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]，而是以某种数学方式对光谱信息进行编码的摄谱仪，能同时测量、记录所有谱元的信号，并以更高的效率采集来自光源的辐射能量，从而使它具有比传统光谱仪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]；其数字化的光谱数据，也便于数据的计算机处理和演绎。正是这些基本优点，使傅立叶变换光谱方法发展为目前红外和远红外波段中最有力的光谱工具，并向近红外ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陆婉珍，袁洪福，徐广通，强冬梅</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%">陆婉珍，袁洪福，徐广通，强冬梅</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">现代红外光谱分析技术</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%">中国石化出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]、可见和近紫外ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李志刚</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%">李志刚</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">紫外－真空紫外傅里叶变换光谱技术的研究</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%">中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]波段扩展，和荧光、喇曼散射等其他光谱技术相结合。它的研究、开发和应用已经形成了光谱学的一个独立分支——傅立叶变换光谱学，或称干涉光谱学ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>虞宝珠</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%">虞宝珠</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">傅里叶变换光谱技术及其应用</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发明了能方便而精确地改变和控制两相干光束间的光程差的干涉仪，并以他的名字命名为Michelson干涉仪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还认识到，从干涉仪的干涉条纹，有可能导出某些光谱信息。他据此推测出氢原子光谱的巴尔末红线是一条双线而非单线，这在当时是无法用任何其他实验方法来分辨的。接着瑞利认识到，由干涉仪产生的干涉条纹即我们所称的干涉图，可以通过傅立叶积分变换的数学运算同通过干涉仪的辐射光谱联系起来。首次对干涉图的准确测量，则是由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]等人在本世纪初采用双束干涉仪方法实现的，他们还根据假定的光谱分布计算了干涉图，来与实验测得的干涉图进行比较。尽管如此，直到上世纪50年代，傅立叶变换光谱学才得到真正的突破和开发。1949年，FellgettADDINEN.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]第一次真正通过对干涉图的傅立叶积分变换获得光谱图。他首先指出，注重采用干涉方法测量光谱的主要优点是同时接收和测量来自所有光谱频率的讯号。因而在相同信噪比、分辨率情况下可大大减少测量时间，或在维持同样测量时间的条件下可以获得比色散型光谱仪高得多的信噪比。干涉光谱学方法的这一优点，借用无线电测量的术语，称之为多频道优点。干涉光谱学方法的另一基本优点，所谓高通量优点则是在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]首先认识到的。在Fellgett和Jacquinot提出了傅立叶变换光谱方法的基本优点以后，J.D.Strong和他的合作者H.A.Gebbie，E.V.Loewenstein和G.Vanasse在开发这一光谱方法方面作出了重要贡献。他们的实验证实了上述干涉光谱学方法的基本优点是可以实现的。他们研制的傅立叶变换光谱仪获得了良好的分辨率和信噪比。除此以外，他们还首先发展了用于远红外和亚毫米波段的片状光栅型干涉仪。L.Genzel等人也同时发展了这种亚毫米波段的片状光栅型干涉仪．并以周期性扫描模式工作。Jacquinot的学生P.Connes和J.Connes夫妇在发展近红外傅立叶光谱方法、傅立叶变换数据处理和用于天文观测方面作出了重要贡献。J.Connes还在60年代初期总结和阐述了傅立叶光谱方法的主要理论问题。到了60年代中期，傅立叶变换光谱学方法得到了决定性的突破，即所谓快速傅立叶交换算法(FFT)的发现和推广ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>沈学础</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%">沈学础</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">物理学进展</style></title></titles><pages>277-322</pages><dates><year>1982</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]。采用常规的傅立叶变换运算，即使是采用当时最大型的数字电子计算机进行处理也需要几个小时才能完成一个较高分辨率的变换光谱的运算。这就大大限制了傅立叶变换光谱学方法的使用范围。而采用Cooley－Tukey发现的快速傅立叶变换算法，几分钟就能完成原来需要几小时才能完成的变换运算。计算一个较低分辨率的光谱，甚至只需要几秒钟的时间。这一计算方法的发现和推广为后来商用傅立叶光谱仪的实时光谱显示和记录奠定了坚实的基础。所有上述这些贡献以及其他大量在文中无法提及的工作使得70-80年代傅立叶变换光谱学方法得到了迅速的发展和普及，许多光谱仪器制造厂商竞相开发和生产多种形式的傅立叶变换红外光谱仪，使之成为当今红外光谱仪的主导产品ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吴瑾光</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%">吴瑾光</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">近代傅里叶变换红外光谱技术及应用（上卷）</style></title></titles><pages>1-100</pages><dates><year>1994</year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">科学技术文献出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。应用方面，它们也已成为红外、远红外、亚毫米波段ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张光昭</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%">张光昭</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">工作在亚毫米波段的傅里叶变换谱仪</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">波谱学杂志</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>波谱学杂志</full-title></periodical><pages>97-103</pages><volume>2</volume><number>2</number><dates><year>1985</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]以至近红外波段最有效的和常规的光谱方法而广泛用于物理、化学、生物和医药的基本研究和检测，天文观测，各种工业生产过程、大气环境污染状况的检测和控制，核同位素分析和等离子体热核反应温度测量等各种方面，而且在综合性能、使用方便、价格等方面也超过了传统的色散型光谱装置，以至传统色散型光谱方法也正努力借鉴傅立叶光谱方法的优点。§1.2国内外发展和研究现状对于FTIR光谱仪的核心部件干涉仪而言，如果动镜和定镜的波面存在夹角，会使得干涉图的干涉区域减小，条纹调制度下降，相位误差增大，势必影响到还原后的频谱图。理论上要求FTIR光谱仪的最终波面误差小于1/4，其中为光谱仪工作波长的最小值ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>于立民，代作晓</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，代作晓</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">相位检测法定镜自适应校正技术</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">光学精密工程</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>光学精密工程</full-title></periodical><pages>448-452</pages><number>11</number><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。举例来说，假设反射镜直径为，仪器工作波长的最小值为，则要求波面误差不超过1/4时，动镜和定镜像间的倾斜角必须控制在小于的范围内。可见单纯依靠机械加工是难以保证的，因此必须采用一定的措施控制动镜和定镜像的倾斜角度在允许范围内。目前国际上解决这个问题的方法有两种：一种是采用角反射镜或猫眼反射镜形成光束自动准直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]；另一种是采用动态调整定镜平面姿态的方法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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