基于線陣CCD的微型光譜儀的設(shè)計.pdf

1、從1666年牛頓通過三棱鏡將太陽光分解為七色光開始,光譜儀器的發(fā)展已經(jīng)走過了數(shù)百年的時間,光譜儀器的技術(shù)一步步走向成熟。光譜儀器是進行光譜研究和物質(zhì)的光譜分析的裝置,其應(yīng)用范圍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。
　　 近年來,隨著科學技術(shù)的發(fā)展,微小型光譜儀已成為世界各國的研究熱點,與傳統(tǒng)大型光譜儀器相比,小型光譜儀具有體積小、重量輕、使用靈活、價格較低等優(yōu)點,同時小型光譜儀可以作為光電接口設(shè)備與

2、光纖探頭聯(lián)合使用,使測量更加方便。因此成為光譜儀發(fā)展的重要趨勢。
　　 本文首對色散型光譜儀器的基本組成和原理及其基本特性進行了理論分析,根據(jù)分析和比較,選用對稱的切爾尼一特納光路系統(tǒng)。然后對線陣CCD圖像傳感器的應(yīng)用進行了研究,設(shè)計了基于高速線陣CCD圖像傳感器的微型光譜儀。針對光譜測量的需要,選擇東芝公司的3648像元線陣的CCD圖像傳感器TCD1305P進行光譜信息采集。CCD輸出信號經(jīng)過模擬信號調(diào)理電路放大后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器

3、AD9200轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號傳輸使用的是主流的USB總線傳輸,用USB總線接口芯片CH372實現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)的實時傳輸。由USB提供微型光譜儀的工作電源,所以只需一根USB數(shù)據(jù)線就可以讓微型光譜儀正常工作,即插即用,便攜方便。
　　 FPGA為整個系統(tǒng)的核心,采用FPGA來實現(xiàn)CCD驅(qū)動、模數(shù)轉(zhuǎn)換驅(qū)動、USB數(shù)據(jù)傳輸控制和全局控制,采用Protel DXP設(shè)計了系統(tǒng)的硬件電路和PCB板,最后使用Verilog HDL硬件描