便携式近红外光谱仪器可以快速、无损、原位分析物质的分子结构和组成,但目前在我国主要依赖进口。扫描型便携式近红外光谱仪光谱范围广、结构简单、性价比高,但光谱幅度调制信号(以下简称调制信号)存在频率波动,影响光谱信号的检测精度。因此,研究扫描型便携式近红外光谱仪中调制信号的频率误差,提出适用于调制信号频率特性的高精度数字解调方法,对提升国产仪器的国际竞争力具有十分重要的意义。本文研究了扫描型便携式近红外光谱仪调制信号的频率误差,建立了数字锁定放大中解调幅度与频率误差的函数模型,提出了三种适用于调制信号的数字解调算法,设计了数字解调电路系统,完成了三种算法在光谱仪中的应用实验研究。主要研究内容如下:1、针对调制信号频率误差对数字锁定放大解调幅度的影响,建立了解调幅度与频率误差的函数关系。明确了采用数字锁定放大技术解调信号幅度时,若被测信号相对参考信号存在频率系统误差或随机误差,解调幅度也存在相应的系统误差或随机误差,且还与被测信号相对于参考信号的相位有关。2、三种数字解调算法的研究。基于数字锁定放大理论,提出了三种适用于调制信号频率波动的数字解调算法,并通过仿真实验验证了算法的有效性。三种算法分别为:(1)零相位倍频采样数字解调算法。当被测信号存在频率波动时,倍频采样数字锁定放大算法解调幅度存在较大噪声。根据解调幅度与频率误差的函数关系,提出了零相位倍频采样数字解调算法。通过设定被测信号在零相位时刻开始采样,减小了频率误差存在时,由相位变化引起的幅度解调随机误差。(2)数值积分数字解调算法。利用信号整周期内的数值积分平均运算代替锁定放大中的相敏检波和低通滤波,实现信号幅度的解调。该算法无需参考信号,对于频率波动的被测信号,每个周期内的采样点数随被测信号频率变化而调整,具有频率的自适应性,减小了频率随机误差对信号幅度解调精度的影响。(3)频率校正数字解调算法。调制信号频率波动时,数值积分数字解调算法无法保证积分区间为整周期而存在幅度解调误差。频率校正数字解调算法以采样频率和被测信号频率的比值代替采样点数,校正了采样频率与被测信号频率比值为非整数时,每个信号周期内最后一个采样点的整数取舍误差,从而提高了幅度解调的频率适应性。3、数字解调电路系统设计及实验。设计具有零相位判断和频率测量功能的数字解调电路系统,利用数字信号处理器DSP对高速模数转换器采集的信号进行幅度解调处理。在数字解调电路系统实验中,采用零相位倍频采样、数值积分和频率校正三种数字解调算法,检测信号发生器输出的正弦扫频信号幅度。三种算法的幅度检测结果信噪比分别为51.03d B、59.05d B和90.16d B,证明被测信号存在频率波动时,频率校正数字解调算法有效提高了幅度解调精度。4、光谱仪调制信号数字解调算法的应用实验研究。将数字解调电路系统应用到扫描型便携式近红外光谱仪中,采用基于零相位倍频采样、数值积分和频率校正三种数字解调算法检测光谱信号,反射率信噪比分别为53.49d B、52.59d B、55.52d B。针对数值积分和频率校正两种数字解调算法,简化数字解调电路系统以减小电路噪声的引入后,两种算法检测到光谱数据反射率的信噪比分别为60.69d B和65.53d B,较模拟锁定放大系统的检测结果(58.01d B)相比,均提高了光谱数据的检测精度。研究结果表明,采用频率校正数字解调算法进行光谱数据检测时,计算量小、检测精度高,反射率信噪比达到65.53d B,实现了扫描型便携式近红外光谱仪中调制信号的高精度数字解调。