發(fā)布時間：2019-03-20 06:59

【摘要】：拉曼光譜技術是識別物質成分的重要手段之一,它具有譜峰尖銳、探測范圍廣和微區(qū)域探測的特點。論文在火星表面物質成分探測的大背景下,分析了拉曼光譜技術比其他曾用在火星表面物質探測的光譜技術(可見近紅外光譜技術、穆斯堡爾光譜技術和X射線熒光光譜技術)的一些優(yōu)勢。并結合RLS和SHERLOC兩臺即將用于火星探測的拉曼光譜儀,指出了拉曼光譜技術在火星探測方面的可行性。本論文綜合考慮了拉曼光譜技術的難點,并結合火星表面的實際探測情況,解決了用于火星表面物質探測的遠程拉曼光譜儀中的兩個關鍵問題。第一個關鍵問題是卡塞格林望遠系統(tǒng)的設計,主鏡和次鏡均采用拋物面,入瞳直徑200mm,物距1.5-2.5m,次鏡可移動。第二個關鍵問題是預處理算法的編寫,采用小波變換和多項式擬合的算法,分別去除拉曼光譜原始信號中的隨機噪聲和熒光背景。小波變換采用‘sym5’小波母函數(shù)進行5層小波分解,軟閾值去噪后再重構信號。多項式擬合的關鍵點是先對去噪后的信號進行了求導,用導數(shù)在0附近一定范圍內(約±10)的點進行多項式擬合,擬合多次讓背景更準確,再從去噪后的譜圖中扣除熒光背景,得到最終的拉曼光譜圖。為了對遠程拉曼光譜儀進行實驗驗證,并初步驗證它用于火星表面物質探測的可行性,選用了在火星表面已被探測到的四種物質——方解石、橄欖石、赤鐵礦和輝石,以及一種有機物——葡萄糖,作為實驗樣品。利用遠程拉曼光譜儀對幾種樣品進行了探測,并用編寫的小波變換和多項式擬合的算法對原始信號進行了光譜預處理,對最終數(shù)據(jù)進行光譜分析,得到了比較可靠的結果,初步驗證了儀器的性能。
[Abstract]:Raman spectroscopy is one of the important methods to identify the material composition. It has the characteristics of sharp spectrum peak, wide detection range and micro-region detection. In this paper, under the background of Mars surface material composition exploration, we analyze the Raman spectroscopy technology compared with other spectral techniques used in Mars surface material exploration (visible near infrared spectroscopy). Mossbauer spectroscopy and X-ray fluorescence spectroscopy) some advantages. The feasibility of Raman spectroscopy in Mars exploration is pointed out by combining two Raman spectrometers, RLS and SHERLOC, which will be used in Mars exploration. In this paper, the difficulties of Raman spectroscopy are considered comprehensively, and two key problems in the remote Raman spectrometer for Mars surface material exploration are solved in combination with the actual exploration of Mars surface. The first key problem is the design of Cassegrin telescopic system. The primary mirror and the secondary mirror are paraboloid, the pupil diameter is 200mm, the object distance is 1.5m 2.5m, and the secondary mirror can be moved. The second key problem is the preparation of pre-processing algorithm using wavelet transform and polynomial fitting algorithm to remove random noise and fluorescence background from the original Raman spectra respectively. Wavelet transform uses' sym5' wavelet generating function to decompose 5-layer wavelet, soft threshold de-noising and signal reconstruction. The key point of polynomial fitting is that the de-noising signal is derived first, and polynomial fitting is carried out with the point whose derivative is around 0 (about 鹵10). The fitting makes the background more accurate many times, and then deducts the fluorescence background from the de-noising spectrum map. The final Raman spectra are obtained. In order to test the remote Raman spectrometer and preliminarily verify its feasibility for the Mars surface material exploration, four substances-calcite, olivine, hematite and pyroxene-which have been detected on the surface of Mars, have been selected. And an organic substance, glucose, as an experimental sample. The remote Raman spectrometer is used to detect several samples, and the original signal is preprocessed by wavelet transform and polynomial fitting algorithm. The final data are analyzed by spectral analysis, and the reliable results are obtained. The performance of the instrument is preliminarily verified.
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P185.3

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本文編號：2443968