干涉图中会出现哪些测量误差?

信息处理 fft
2022-01-25 04:40:31

这个问题与物理学接壤,但这是我感兴趣的信号方面,所以我希望这是正确的论坛。

我非常熟悉基于 CCD 的光谱仪中的仪器噪声源及其信号特性。我开始意识到了解噪声源对于有效减轻噪声源的重要性。

现在我对使用干涉仪进行测量的 FTIR 产生了兴趣,并想了解测量误差如何在干涉图中表现出来,以及它们在 FT 之后如何表现出来。

我怀疑由于测量技术行为引起的变化将与 CCD 仪器共享某些方面,但也会呈现一些非常不同的来源。例如,光谱仪-CCD 系统会受到像素间散粒噪声、固定模式响应、读出噪声、光学光谱(空白信号)、暗信号、振动、对准等的影响。

以下如何在干涉图和 FT 中出现?

  • 随机噪声(我猜它与 CCD 中的散粒噪声非常不同,不仅仅是像素到像素)
  • 振动(物理或热)
  • 机械鞭打

由于我不熟悉与干涉仪相关的技术误差,我确信我没有预料到某些来源,所以请告诉我由于技术引起的任何其他变化来源(不是样品或样品技术接口)

我尝试了一些搜索,但没有找到任何有用的资源,所以任何好的资源都将不胜感激

1个回答

您在介绍问题的背景和上下文方面做得非常出色,并且您列出的错误源也很好。但 FTIR 还存在一些其他问题,特别是考虑到 IR 检测器与 UV-Vis 检测器相比 SNR 性能相对较差。所以有两件事。首先,我推荐这本书:PR Griffiths, JA de Haseth, Fourier Transform Infrared Spectrometry, 2nd Ed., Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc., NY, ©2007。

其次,当我使用我的光学微积分软件模拟 FTIR 时,我通常包括光源温度波动、移动镜上的抖动,当然还有检测器和前置放大器噪声。接下来的几张图显示了仿真模型(我所说的 3 个噪声源),它看起来有点像框图,但实际上是仿真程序,以及 400 到 4000 波数范围内的丙烯酸乙酯的一些结果。图 1 如下:

图 1 FTIR Sim 程序

上图为图1,以丙烯酸乙酯为供试品的FTIR模拟程序。仿真条件如图 1 所示。

图 2 是生成的十张 16k 干涉图中的最后一张。在我的 2006 iMac 24 上,每个干涉图大约需要 2.5 分钟。(在基于 Windows 的现代 PC 上会快得多,但速度并不是一切,我目前正在推迟购买新 PC。)图 2 如下:

图 2 10 张干涉图中的最后一张

下图(图 3)是干涉图中心的放大图:

图 3 扩展干涉图部分

现在图 4 显示了丙烯酸乙酯测试物质的伪透射率:

图 4 丙烯酸乙酯伪透射率

那么图 5 显示了背景的伪透射率:

图 5 背景伪透射率

最后,将两个伪透射率相除并取负对数,得到丙烯酸乙酯的吸收光谱,如图 6 所示:

图 6 丙烯酸乙酯吸收光谱

我的软件在 PC(和我真正的旧 Mac)上运行,并且是免费的,带有完整的注释源代码。然而,它是一个名为 ExtendSim® 的商业模拟程序的附加组件(我与该程序没有经济关系:我只是一个非常早期的用户)。

如果我能找到任何特别讨论 FTIR 考虑因素的相关且详细的论文,我将编辑此答案以包含它们。它也会使我受益,即使我以前做的光谱不在红外光谱中。