基于線陣CCD的微型光譜儀的設(shè)計(jì).pdf

1、從1666年牛頓通過(guò)三棱鏡將太陽(yáng)光分解為七色光開(kāi)始,光譜儀器的發(fā)展已經(jīng)走過(guò)了數(shù)百年的時(shí)間,光譜儀器的技術(shù)一步步走向成熟。光譜儀器是進(jìn)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(xué)領(lǐng)域,包括醫(yī)藥、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理及天文學(xué)等。
　　 近年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微小型光譜儀已成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn),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(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)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(cè)量更加方便。因此成為光譜儀發(fā)展的重要趨勢(shì)。
　　 本文首對(duì)色散型光譜儀器的基本組成和原理及其基本特性進(jìn)行了理論分析,根據(jù)分析和比較,選用對(duì)稱的切爾尼一特納光路系統(tǒng)。然后對(duì)線陣CCD圖像傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了基于高速線陣CCD圖像傳感器的微型光譜儀。針對(duì)光譜測(cè)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(jìn)行光譜信息采集。CCD輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)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(hào)。數(shù)字信號(hào)傳輸使用的是主流的USB總線傳輸,用USB總線接口芯片CH372實(shí)現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)的核心,采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)CCD驅(qū)動(dòng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)、USB數(shù)據(jù)傳輸控制和全局控制,采用Protel DXP設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件電路和PCB板,最后使用Verilog HDL硬件描