基于線陣CCD的微型光譜儀光譜信號采集系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、光譜儀器是進行光譜研究和物質(zhì)光譜分析的裝置,其應用領(lǐng)域幾乎覆蓋了所有的科學領(lǐng)域,包括醫(yī)藥、化學、地質(zhì)學、物理及天文學等。由于傳統(tǒng)光譜儀體積大、重量重而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜,不能同時對多個波長進行檢測,特別是在野外測量受到了極大的限制。近年來,隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展,光譜儀的微型化、小型化是其發(fā)展的必然趨勢。
　　本文主要對微型光譜儀的光譜信號采集系統(tǒng)進行研究,設(shè)計并制作了光譜數(shù)據(jù)采集、處理及傳輸系統(tǒng)。首先,對空間色散型光譜儀器的基本組成

2、、原理以及其主要特性進行了理論分析,再根據(jù)分析和比較,選用交叉非對稱的Czerny-Turner結(jié)構(gòu)設(shè)計的光路系統(tǒng),大大減少了光學系統(tǒng)的體積。其次,在探測接收系統(tǒng)方面,整個系統(tǒng)只用了一片F(xiàn)PGA資源開發(fā)了CCD驅(qū)動電路、A/D采樣控制電路、USB驅(qū)動電路等模塊,完成了微型光譜儀與上位機之間的通訊,并使用C++ Builder軟件開發(fā)了光譜采集與處理的應用程序軟件,實現(xiàn)對光譜儀器的光譜數(shù)據(jù)處理、光譜譜線繪制、波長標定等功能。最后,對本文所

3、設(shè)計的系統(tǒng)進行了相關(guān)實驗。為了使該系統(tǒng)可以檢測到較寬的光譜范圍,選用了東芝公司的3648個像元的線陣CCD作為探測器件。采用OPA691對CCD輸出信號進行相關(guān)處理,再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS805將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后,先暫時存儲在FPGA中,然后通過USB總線接口芯片CH376傳送至上位機,由應用軟件完成光譜數(shù)據(jù)進一步的分析、處理與顯示。該系統(tǒng)是由USB提供工作電源,即插即用,便攜方便。
　　本文以FPGA作為整個系統(tǒng)的控制核心,實