便携式光谱仪的CCD智能检测器设计.pdf

《便携式光谱仪的CCD智能检测器设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第32卷第2期2010年4月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSV01．32，No．2April，2010文章编号：l005—5630(2010)02—0060一05便携式光谱仪的CCD智能检测器设计*蔡志坚，韦晓茹，居戬之，吴建宏(苏州大学信息光学工程研究所，江苏苏州215006)摘要：光谱仪是一种重要的检测仪器，CCD光谱仪正朝着小型化甚至微型化的方向发展。针对便携式光谱仪的特点及要求提出一种光谱仪CCD智能检测器设计方案，它结合了单片机智能化控制的特点和CPLD时序准确、可编程的优点。并且该检测器集成了USB数据接口，可通过计算机软

2、件进行光谱采集，并能实时控制积分时间，实现了光谱仪CCD检测器的小型化、智能化和集成化。关键词：便携式光谱仪；CCD检测器；光积分时间；USB数据接口中图分类号：TN386．5文献标识码：Adoi：i0．3969／j．issru1005—5630．2010．02．013IntelligentCCDdetectordesignforportablespectrometersCAIZhijian，WEJXiaoru，JUJianzhi，WUJianhong(InstituteofInformationOpticalEngineering，Sooeho

3、WUniversity，Suzhou215006，China)Abstract：Spectrometerisoneofthemostimportantopticalinstruments．CCDspectrometertechnologyismovinginthedirectiontowardminiaturizationandevenmicro-miniaturization．InthispaperweproposedanintelligentCCDdetectordesignspecificallyforportablespectromete

4、rs．Itcombinestheintelligentcontr01abilityofMCUandtheaccurateandprogrammabletimingfeatureofCPLD．Inaddition，aUSBinterfaceisintegratedinthisdesigntofacilitatedataacquisitionandlightintegral—timecontrolfromthehostcomputer．Thisdesignrealizedaminiaturized，intelligentandintegratedsp

5、ectrometerCCDdetector．Keywords：portablespectrometer；CCDdetector；lightintegral-time；USBdatainterfaca引言光谱仪是一种重要的检测仪器，使用非常广泛。与传统的扫描单色仪加光电倍增管组成的光谱测量系统相比，CCD光谱仪具有快速多通道测量、结构固定、无需步进扫描等优点，因而成为当前主流的光谱仪类型[1]。随着光电技术的进步，光谱仪正在朝着小型化、智能化的趋势发展[2]。目前，可使用单片平场全息凹面光栅代替传统的Czerny-Turner光路，加上采用光纤传光

6、代替机械狭缝结构，使得CCD光谱仪的光学结构更加紧凑，小型化甚至微型化的趋势更加明朗[3]。一些国内外厂商推出的手持式光谱仪产品的性能已经能够与传统的台式单色仪／多色仪相媲美。通常一台光谱仪包含两个主要的单元，即光学单元和光电信号检测单元。光谱仪的小型化趋势不仅对其中的光学系统提出了新的要求，而且对光电信号检测单元也提出了更高的要求，主要表现在三个方’收稿日期：2009—09—17基金项目：江苏省高技术研究计划资助项目(BF2009047)作者简介：蔡志坚(1979一)，男，江西临川人，副教授，博士，主要从事智能仪器和光电检测技术方面的研究。第2

7、期蔡志坚，等：便携式光谱仪的CCD智能检测器设计·61·面：(1)小型化，即要求光电检测单元尺寸小、重量轻；(2)智能化，即要求光电检测单元具备对光谱信号进行智能处理、对仪器进行智能控制的功能；(3)集成化，即要求光电检测单元为电源、CCD驱动、数据接口等各种功能模块提供集成解决方案。在已有文献和产品报道中，多种线阵／面阵CCD被应用于光谱测量。一般而言，CCD的驱动电路可以归纳为两种类型：一是基于可编程逻辑器件(CPLD／FPGA)的驱动电路[4]，主要利用逻辑器件对高频时钟进行计数来控制各驱动波形的时序，这种方法优点在于时序控制灵活、准确，可

8、通过重新配置CPLD的内部电路结构来修改CCD的驱动波形，但是却很难进行实时、在线的修改；二是基于单片机的驱动电路[5]，通过循环执行单