本文基于USB(Universal Serial Bus)总线技术和LabVIEW虚拟仪器软件平台构建了便携式近红外光谱仪(PISA-Ⅱ)测控系统,从硬件和软件两方面详细论述系统设计思想.给出了数据采集模块和USB通信模块的设计方案和原理框图,对USB驱动程序和基于LabVIEW测控软件的开发思想进行阐述.通过与澳大利亚近红外光谱分析仪PIMA做对比分析实验,充分表明了PISA-Ⅱ能够正确反映样品的光谱特性,达到了光谱仪器的设计要求.

调制器的误差会引起调制波频率和形状的变化,从而影响近红外光谱仪器检测信号的强度.就此分析了调制器各种常见的源误差(如调制盘偏心误差、调制盘的轴心偏离狭缝中心的误差、直流电动机的轴向晃动误差、直流电动机的稳定性误差、调制盘齿形误差等)对调制波的影响,并从理论上阐述了调制波的变频和变形误差对检测信号的影响.

为实现野外现场矿物分析,仪器采用了交叉复折式单光路光栅扫描分光系统.解决了系统部件安装空间与系统体积之间的矛盾.采用正弦传动等结构,保证了仪器的精度;采用锁定放大、同步累积等微弱信号检测方法,提高了系统的信噪比;采用低功耗设计和间断式工作方式,大大降低了系统的功耗.测试实验对比表明其主要技术指标已经接近国外同类产品的水平.

本文分析了光栅扫描型近红外光谱仪中光谱信号频率波动引起的测量误差问题,提出了一种同步整周期采样的正交DPSD方法,讨论了实现这种方法的几点注意事项.最后,给出了这种方法与原模拟锁相放大器的信噪比对比测试实验结果.理论分析和实验结果表明：此方法与模拟锁相方法相比输出信噪比提高了一倍多,可以应用于近红外光谱仪的微弱信号检测,能够精确地从噪声中提取出光谱信号,达到了良好效果.

利用自行设计的CCD近红外光谱仪器、采用光纤探头测得的大豆样品漫反射近红外光谱数据中含有各种噪声。经过分析,该光谱数据的噪声包括随波长变化的随机变量,引起光谱基线平移的随机常量,以及由于装样不同、样品散射系数变化而引起的光谱基线旋转。对于随机变量噪声,通过用背景、白板、样品各组重复采集、递归平均再计算光谱数据的方法减小,同时可节省存储空间,减小三组数据的重迭区域,增加光谱数据的有效范围。分别采用了局部平均阈值法、Savitzky-Golay卷积平滑、小波消噪等三种方法进一步消除随机变量噪声,结果表明：卷积平滑、小波消噪消除原始光谱数据噪声的效果较好。利用高阶小波分解变换获得光谱基线数据,将其从光谱数据中扣除,从而实现了光谱的基线校正。

分析了多道原子荧光光谱仪进行多元素同步分析时的定量关系、误差来源以及传统解决方法的局限性。提出了通道平衡的思想，通过适当调节各通道施加在光电倍增管上的负高压，改变光电转换的放大倍数，使各通道的精密度都处于最佳状态。理论分析和实验结果表明：此方法在实现多元素同步分析的同时，不但极大地拓宽了可测量样品中各元素浓度的差异范围，而且改善了整个系统测量的精密度。从而实现对各元素浓度差别较大的样品进行高效率的精确测量。

为进一步改善多道原子荧光光谱仪的检出限,提高检测能力,提出了通道合并的设计思想.阐明了应用这种方法的检测系统的工作原理、硬件构成,并通过与传统方法的实验对比,论证了此设计具有明显降低检出限的优点.