教学演示用简易光谱仪的研制开题报告

 2022-04-28 10:04

1. 研究目的与意义

1、背景:光谱仪是利用色散光学元件(棱镜或光栅)构建的精密测量仪器,可获取光源、被测样品的反射光或透射光的光谱数据,进而分析光源、样品的光学特性和物质的成分信息,广泛地应用在工业检测、食品安全、环境监控等领域。光谱仪中的核心原理-棱镜或光栅的色散也是大学物理和大学物理实验中非常重要的知识点和实验环节,例如大学物理中的“光栅衍射原理”以及大学物理实验中的“分光计上的光栅衍射实验”等。此外,许多理工科专业(环境、化学、物理、生物等)的学生在专业课、专业实验和毕业设计中均会涉及到光谱仪的使用。然而商业光谱仪的价格昂贵,难以开设和光谱仪相关的公共实验课程,只有较少的学生在专业实验或毕业设计时可接触到光谱仪。

2、目的:为让学生能够在公共课实验上学习掌握基本的光谱仪结构、原理和应用,本项目设计了一种低成本的简易usb光谱仪,并在此基础上实现了4个实验项目的开展,有效的解决了商业光谱仪价格昂贵难以在高校公共实验课程中开展的问题。

3、意义:通过实验使学生掌握光谱仪的基本结构与原理,掌握光谱仪获取吸光度等光谱数据的方案。

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2. 研究内容和预期目标

研究内容:

通过本科所学知识及查阅文献资料,全面地了解杨氏双缝干涉,偏振现象等物理原理。分析制作光谱仪,光谱仪通过ccd获取的光谱信息曲线横坐标为波长分布,对应光谱图像的横向位置,光谱信息曲线的纵坐标为不同波长光的强度信息,对应光谱图像横向各点位置的强度值。因此可通过已知波长的光源标定横坐标波长的分布情况,对于纵坐标光谱强度可由图像处理的方法获取。

光谱图像的彩色分布是由光栅衍射引起的色散现象,其图像横向的强度分布即为光谱强度的分布情况,提取光谱图像中间一行的像素的rgb数据,根据加权平均法公式将其由彩色值转换为灰度值,即作为光谱强度数据.通过光谱强度数据进行分析得到结论。

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3. 研究的方法与步骤

研究方法:

(1)被测光由光谱仪一端狭缝进入,经光栅后衍射,一级衍射光进入ccd,计算机经过ccd即可采集到色散后的光谱图像,通过图像处理得到光谱强度曲线。

研究步骤:

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4. 参考文献

vdx [1]林汉冰,乐永康,姚红英. 利用 x 射线荧光光谱技术检测有害物质[j]. 物理实验,2017,(03):1-5

jj [2]李爱侠,叶柳,张子云,王翠平,王仁燕. 透射光谱法测量滤光片参数的实验研究[j]. 大学物理实 验,2016, (01):72-77

[3]吴雨伦,刘丽飒. 基于可口可乐荧光和滤光特性的光谱学实验[j]. 物理实验,2015,(02):38-41

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5. 计划与进度安排

第七学期

4—8周:对本学院教师提出命题要求,布置任务,教师命题。

9—11周:指导教师填写毕业论文题目申报表,经系部和学院审核,然后进入毕业论文智能管理系统进行毕业论文题目申报。专业负责人完成课题的审核,完成课题的发布。

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