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基于FPGA的小型光纤光谱仪系统设计_江健铭
光谱仪器是利用光的色散、吸收、散射等现象得到与被分 析物质有关的光谱,从而对物质成分、结构进行分析、测量的物 理光学仪器,广泛应用于光辐射能量、幅频特性及其变化规律 的研究。传统的光谱仪存在着体积大、结构复杂、使用环境受 限、价格昂贵等不足,不能满足现场检测、实时监测的要求。随 着大规模集成电路的发展,新材料的应用,仪器设备在保证测量 精度要求的前提下,便携性成为了发展的必然趋势。面对这一 趋势,国外一些知名仪器厂家推出了性能好、体积小、质量轻、 稳定性强的光纤光谱仪,但这些光谱仪往往价格昂贵、实行技 术保护。而国内相关产品在性能、稳定性等方面均远落后于国 外厂家,因此对小型光纤光谱仪的研究就有着重要的意义和必 要性。 本文以 FPGA 作为主控芯片实现对 CCD 扫描控制、USB 传 输控制及 ADC 转换控制, 采用 C++ Builder 设计光谱仪扫描控 制软件,用低压汞灯光谱对软件进行标定,同时对光纤光谱仪的 主要性能参数进行了测试。为了实现光谱仪的小型化,使用光纤 作为光源与光谱仪之间的信号传输耦合介质, 整机采用全固态 设计提高了仪器的抗振性, 内部选用折叠 Czerny-Turner 光路, 以 CCD 作为光电传感器件、USB 作为光谱仪与计算机的通讯 接口和对光谱仪的供电接口。所设计的光谱仪具有体积小、质 量轻、精度高、稳定性好等优点。
光谱仪器是利用光的色散、吸收、散射等现象得到与被分 析物质有关的光谱,从而对物质成分、结构进行分析、测量的物 理光学仪器,广泛应用于光辐射能量、幅频特性及其变化规律 的研究。传统的光谱仪存在着体积大、结构复杂、使用环境受 限、价格昂贵等不足,不能满足现场检测、实时监测的要求。随 着大规模集成电路的发展,新材料的应用,仪器设备在保证测量 精度要求的前提下,便携性成为了发展的必然趋势。面对这一 趋势,国外一些知名仪器厂家推出了性能好、体积小、质量轻、 稳定性强的光纤光谱仪,但这些光谱仪往往价格昂贵、实行技 术保护。而国内相关产品在性能、稳定性等方面均远落后于国 外厂家,因此对小型光纤光谱仪的研究就有着重要的意义和必 要性。 本文以 FPGA 作为主控芯片实现对 CCD 扫描控制、USB 传 输控制及 ADC 转换控制, 采用 C++ Builder 设计光谱仪扫描控 制软件,用低压汞灯光谱对软件进行标定,同时对光纤光谱仪的 主要性能参数进行了测试。为了实现光谱仪的小型化,使用光纤 作为光源与光谱仪之间的信号传输耦合介质, 整机采用全固态 设计提高了仪器的抗振性, 内部选用折叠 Czerny-Turner 光路, 以 CCD 作为光电传感器件、USB 作为光谱仪与计算机的通讯 接口和对光谱仪的供电接口。所设计的光谱仪具有体积小、质 量轻、精度高、稳定性好等优点。
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