數據擷取與儀器時序控制系統

本實驗系統使用的 NEXUS 870 步進式傅氏轉換紅外光譜儀進行

50

偵測，其訊號擷取方式可分為 ac 耦合及 dc 耦合模式。ac 耦合模式用 來偵測光強度隨時間的變化量，此模式下擷取到的 ac 耦合訊號將利 用外部訊號放大器(low noise preamplifier，Stanford Research System，

model SR560)放大 20 倍並藉由設定電子濾波頻寬為 100-1 MHz 以濾 除 60 Hz 的交流電雜訊。放大後的訊號經由一 14 位元的類比/數位轉 換器(analog to digital convertor，Gage Applied Technology，

CompuScope 14100，時間解析度最快為 10 ns) 擷取後再由電腦處理。

而 dc 耦合模式擷取樣品未受雷射光激發前紅外光強度，其擷取到的 dc 耦合訊號並不經過外部訊號放大器，直接由光譜儀內部 16 位元的 類比/數位轉換器(時間解析度最快為 5 μs)進行擷取。

在儀器的時序控制程序上，本實驗系統將 NEXUS 870 步進式傅 氏轉換紅外光譜儀設定為主動模式(master mode)，即光譜儀主導控制 所有動作的起始時間。如圖 3-6 所示，當移動鏡由 x1定位點移動至 x2定位點(時間點由 a 到 b)，會經過(n1)個氦氖雷射零交叉點(n 個氦 氖雷射半波長)，其中 n 即為設定之跳點取樣數。圖 3-6 中顯示當設 定跳點取樣數為 2 時，移動鏡將經過 1 個氦氖雷射零交叉點(即 2 個 雷射半波長)。待移動鏡定位於 x2定位點時，需等待一定位時間 A(settling time，A= c-b)移動鏡才會穩定靜止於定位點上。在經過設 定的定位時間後偵測器便以 dc 耦合模式擷取反應槽內靜態背景光譜，

51

擷取時間 B(static average time，B = d-c)可依實驗需求設定，最長時 間點可到 8000 ms，擷取完 dc 耦合訊號後(時間點 d)，光譜儀會送出 一方波來觸發脈衝產生器(pulse generator，Stanford Research System，

DG535)，再由脈衝產生器觸發雷射與外部類比數位轉換器

(CompuScope 14100)。由於雷射接受到觸發到雷射出光會有時間延遲，

雷射光在時間點 e1才到達反應槽並觸發反應，因此偵測器與外部類 比數位轉換器需要一段前置觸發延遲時間(F = e1-d，post-trigger delay) 才需開始進行訊號擷取，此時偵測器以 ac 耦合模式偵測反應槽內光 強度隨時間的變化量。擷取到的 ac 耦合訊號將輸出到外部訊號放大 器(SR560)進行訊號放大，再由外部的類比/數位轉換器(CompuScope 14100)進行記錄。為了增加訊雜比，在同一定位點進行多次雷射觸發，

以擷取多次反應訊號並加以平均；圖 3-6 中顯示移動鏡在同一定位點 觸發三次相同的化學反應事件用以平均訊號，其中雷射擊發的重複頻 率為 1/E。當於此定位點完成訊號擷取後，移動鏡再移往下一個定位 點進行上述的步驟直到得到完整的干涉圖譜。在時域譜 Ix(t)中，C 代 表時間積分閘門(gate)的大小，以本實驗系統為例，其時間積分閘門 的大小為 1 μs，即光譜最小時間解析度為 1 μs，而 D 則代表時間積分 閘門的個數(time slice)，故 C  D 即為訊號擷取的總時間。吾人進行 步進式掃描實驗之詳細參數請參見本文 3.5.2。

52