基于FPGA的微型光譜儀探測系統(tǒng)的研制.pdf

1、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，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的研究熱點(diǎn)，是光譜儀發(fā)展的重要趨勢。光譜探測系統(tǒng)是微型光譜儀的重要組成部分，是光譜儀微小型化的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文主要對微型光譜儀的探測系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并制作了光譜數(shù)據(jù)采集、處理及傳輸系統(tǒng)。為在獲得高分辨率的同時(shí)，探測系統(tǒng)單次能檢測到較寬的光譜范圍，選擇

2、7500像素的線陣CCD作為探測器件。采用模擬前端芯片AD9822對CCD輸出信號進(jìn)行相關(guān)雙采樣、可編程放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號暫時(shí)儲存在FPGA中，經(jīng)處理后通過USB總線傳送到計(jì)算機(jī)，由應(yīng)用軟件完成光譜數(shù)據(jù)進(jìn)一步的分析、處理和顯示。FPGA為整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要功能有：CCD驅(qū)動時(shí)序、AD9822采樣時(shí)序和控制接口時(shí)序的產(chǎn)生以及USB通訊控制；12位采樣數(shù)據(jù)的存儲以及多次測量的累加平均、Savitzky-Golay平滑濾

3、波等預(yù)處理，減少了USB通訊量，提高了系統(tǒng)信噪比；CCD曝光時(shí)間及可編程放大器增益大小的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，能根據(jù)待測光源將信號幅值調(diào)整到合適范圍，并扣除CCD暗電平，提高了系統(tǒng)動態(tài)范圍；指令接收，應(yīng)用程序能控制探測系統(tǒng)的運(yùn)行及參數(shù)，增加了系統(tǒng)的靈活性。 采用Protel DXP完成了系統(tǒng)的原理圖和PCB設(shè)計(jì)，利用Quartus、Modelsim和Synplify軟件設(shè)計(jì)、仿真并實(shí)現(xiàn)了各邏輯模塊。使用示波器及嵌入式邏輯分析儀對制作的探測