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微型光纤光谱仪的探测接收系统设计

作　者: 杨洋
导　师: 隋成华
学　校: 浙江工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 微型光纤光谱仪线阵CCD CPLD 信号采集电路 PIC单片机 USB
分类号: TH744.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着科研和生产技术的发展和进步,光谱检测技术正在向原位和在线测量方向发展,因此在地质勘探、生物医学、环境监测等领域对光谱检测仪器提出了微型化的要求。基于这种要求设计了一款微型光纤光谱仪,采用闪耀光栅和两个球面反射镜构成基于折叠Czenry-Turner结构的小型色散系统、CCD器件、复杂可编程逻辑器件、PIC单片机等技术,其工作波长为200-910nm,分辨率约为1.5nm。整个仪器的设计包括两大部分:第一部分是光学系统的设计;第二部分是电子学系统的设计,即仪器探测接收系统的设计。本文主要对第二部分的设计进行了重点探讨。针对光谱测量的要求,CCD选用东芝公司生产的线阵电荷耦合器件TCD1304AP,一次接收整个光谱,将接收的光信号转换为电信号。系统的硬件电路包括CCD信号采集电路、CPLD和PIC单片机电路、信号调理电路、高速A/D采样转换电路、DMA电路、存储电路、数字信号传输电路等。利用复杂可编程逻辑器件CPLD配合微处理器设计了一款新型的、集成度高的CCD驱动与信号采集系统。该系统中CCD驱动时序、高速AD采样控制时序与存储等功能电路均由CPLD内部的逻辑单元产生,采样结果暂存在扩展的RAM单元中,最后微处理器将测量结果送到上位机进行存储、处理和分析,解决了CCD输出的大量数据与PIC单片机在处理大量数据时速度不够快之间的矛盾。CPLD采用VHDL语言实行模块化编程,在Quartus II开发环境中编译、综合、仿真,并烧写器件。微处理器选用的是MICROCHIP公司的PIC16F887,单片机软件采用汇编语言进行编写。系统只需要一根USB数据线即可工作,即插即用,小巧便携。最后,对研制的样机进行测试,利用汞灯和激光作为标准光源对系统进行了测试分析和波长标定,测量结果达到本设计的要求,实现了200-910nm波长范围的同时测量。

微型光纤光谱仪的探测接收系统设计

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