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基于固体成像器件的液相色谱检测器研究

作　者: 申爽
导　师: 唐祯安
学　校: 大连理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 固体成像器件光电二极管阵列电荷耦合器件紫外可见吸收检测器二极管阵列检测器
分类号: TP274
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

液相色谱检测器是液相色谱系统的核心部件，在液相色谱中起着非常重要的作用。液相色谱检测器的多通道检测和高性能是它的主要发展趋势。本文共提出了以下几种基于固体成像器件的液相色谱检测器的设计方案：(1)首先设计了一种基于SSPD的多波长紫外可见吸收检测器。光源发出的光经过透镜组聚焦后射入样品检测池，未被样品吸收透射出的光被光纤束收集，经狭缝射到凹面光栅上，分光成像于SSPD上。检测器能够实现16个波长的色谱数据的同时检测。(2)为了实现更多波长通道的色谱数据的检测，设计了一种基于光纤的单光束光电二极管阵列检测器。系统采用光纤束和凹面光栅实现分光，采用SSPD接收光谱信息。系统实时测量SSPD的暗电流噪声并进行补偿克服其影响，采用内参比技术降低光源强度波动对色谱信号造成的影响。检测器能够同时检测波长范围内所有波长的色谱数据。(3)为了降低光源波动对检测器性能的影响，设计了一种基于光纤的双光束光电二极管阵列检测器。该检测器采用光导纤维束将光源发出的光分成两束，在斩光器的调制下分时射入样品吸收池和参比吸收池。出射的信号光和参考光被Y型光纤束收集，通过狭缝后被凹面光栅分光成像于SSPD上。系统实现了在同一个SSPD上信号光谱、参考光谱和暗电流的分时测量，可以有效降低光源波动对系统性能的影响。(4)因为紫外光纤价格昂贵，并且有寿命限制，故设计了一种基于分光镜的双光束光电二极管阵列检测器。该检测器采用分光镜实现光的分束和合束，采用凹面光栅实现分光系统，SSPD作为光电接收元件。系统在斩光器和后续电路的配合下，实现了在同一个SSPD上信号光谱、参考光谱和暗电流的分时测量。(5)因为CCD与SSPD相比具有量子效率高，暗电流小，读出噪声低等优点，故设计了一种基于CCD的双光栅多波长紫外可见吸收检测器。检测器采用双光束结构，信号光和参考光射入到多色仪的各自的狭缝上，并被各自的凹面光栅分光成像于CCD光敏面的不同部位上，实现了在同一片CCD上信号光谱、参考光谱和暗电流的同时测量。(6)设计了一种基于CCD的单光栅多波长紫外可见吸收检测器。检测器采用双光束结构，信号光射入样品吸收池，透射出的信号光和参考光均被光学系统收集，经过斩光器后通过各自的狭缝后射入到同一凹面光栅上被其分光成像于CCD的不同位置上。系统实时进行杂散光补偿，计算出信号光谱和参比光谱。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-25
  1.1 研究背景  9-15
  1.2 国内外研究现状  15-24
  1.3 本文的研究内容与章节安排  24-25
2 固体成像器件的接口电路设计  25-49
  2.1 S3904系列SSPD接口电路设计  25-38
    2.1.1 自扫描光电二极管阵列(SSPD)  25-28
    2.1.2 S3904系列SSPD简介  28-32
    2.1.3 S3904系列SSPD的接口电路设计  32-37
    2.1.4 小结  37-38
  2.2 S9840系列CCD接口电路设计  38-49
    2.2.1 电荷耦合器件(CCD)  38-41
    2.2.2 S9840系列CCD简介  41-44
    2.2.3 S9840系列CCD接口电路设计  44-48
    2.2.4 小结  48-49
3 基于SSPD的液相色谱检测器的设计  49-92
  3.1 基于SSPD的多波长紫外可见吸收检测器的设计  49-67
    3.1.1 总体设计  49-50
    3.1.2 光学设计  50-52
    3.1.3 硬件设计  52-55
    3.1.4 软件设计  55-60
    3.1.5 热设计  60
    3.1.6 电磁兼容性设计  60-61
    3.1.7 测试结果  61-66
    3.1.8 小结  66-67
  3.2 基于光纤的单光束光电二极管阵列检测器的设计  67-79
    3.2.1 总体设计  67-68
    3.2.2 光学设计  68-69
    3.2.3 硬件设计  69-73
    3.2.4 软件设计  73-75
    3.2.5 测试结果  75-78
    3.2.6 小结  78-79
  3.3 基于光纤的双光束光电二极管阵列检测器的设计  79-85
    3.3.1 光学设计  79-81
    3.3.2 硬件设计  81-82
    3.3.3 软件设计  82-84
    3.3.4 测试结果  84
    3.3.5 小结  84-85
  3.4 基于分光镜的双光束光电二极管阵列检测器的设计  85-92
    3.4.1 光学设计  85-86
    3.4.2 软件设计  86-91
    3.4.3 测试结果  91
    3.4.4 小结  91-92
4 基于CCD的液相色谱检测器的设计  92-108
  4.1 基于CCD的双光栅多波长紫外可见检测器的设计  92-104
    4.1.1 光学设计  92-96
    4.1.2 硬件设计  96-100
    4.1.3 软件设计  100-102
    4.1.4 测试结果  102-103
    4.1.5 小结  103-104
  4.2 基于CCD的单光栅多波长紫外可见检测器的设计  104-108
    4.2.1 光学设计  104-105
    4.2.2 软件设计  105-107
    4.2.3 测试结果  107
    4.2.4 小结  107-108
结论  108-109
创新点摘要  109-110
参考文献  110-116
攻读博士学位期间发表学术论文情况  116-117
致谢  117-118

基于固体成像器件的液相色谱检测器研究

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