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基于FPGA的小型光纖光譜儀系統設計_江健銘
光譜儀器是利用光的色散、吸收、散射等現象得到與被分 析物質有關的光譜,從而對物質成分、結構進行分析、測量的物 理光學儀器,廣泛應用于光輻射能量、幅頻特性及其變化規律 的研究。傳統的光譜儀存在著體積大、結構復雜、使用環境受 限、價格昂貴等不足,不能滿足現場檢測、實時監測的要求。隨 著大規模集成電路的發展,新材料的應用,儀器設備在保證測量 精度要求的前提下,便攜性成為了發展的必然趨勢。面對這一 趨勢,國外一些知名儀器廠家推出了性能好、體積小、質量輕、 穩定性強的光纖光譜儀,但這些光譜儀往往價格昂貴、實行技 術保護。而國內相關產品在性能、穩定性等方面均遠落后于國 外廠家,因此對小型光纖光譜儀的研究就有著重要的意義和必 要性。 本文以 FPGA 作為主控芯片實現對 CCD 掃描控制、USB 傳 輸控制及 ADC 轉換控制, 采用 C++ Builder 設計光譜儀掃描控 制軟件,用低壓汞燈光譜對軟件進行標定,同時對光纖光譜儀的 主要性能參數進行了測試。為了實現光譜儀的小型化,使用光纖 作為光源與光譜儀之間的信號傳輸耦合介質, 整機采用全固態 設計提高了儀器的抗振性, 內部選用折疊 Czerny-Turner 光路, 以 CCD 作為光電傳感器件、USB 作為光譜儀與計算機的通訊 接口和對光譜儀的供電接口。所設計的光譜儀具有體積小、質 量輕、精度高、穩定性好等優點。
光譜儀器是利用光的色散、吸收、散射等現象得到與被分 析物質有關的光譜,從而對物質成分、結構進行分析、測量的物 理光學儀器,廣泛應用于光輻射能量、幅頻特性及其變化規律 的研究。傳統的光譜儀存在著體積大、結構復雜、使用環境受 限、價格昂貴等不足,不能滿足現場檢測、實時監測的要求。隨 著大規模集成電路的發展,新材料的應用,儀器設備在保證測量 精度要求的前提下,便攜性成為了發展的必然趨勢。面對這一 趨勢,國外一些知名儀器廠家推出了性能好、體積小、質量輕、 穩定性強的光纖光譜儀,但這些光譜儀往往價格昂貴、實行技 術保護。而國內相關產品在性能、穩定性等方面均遠落后于國 外廠家,因此對小型光纖光譜儀的研究就有著重要的意義和必 要性。 本文以 FPGA 作為主控芯片實現對 CCD 掃描控制、USB 傳 輸控制及 ADC 轉換控制, 采用 C++ Builder 設計光譜儀掃描控 制軟件,用低壓汞燈光譜對軟件進行標定,同時對光纖光譜儀的 主要性能參數進行了測試。為了實現光譜儀的小型化,使用光纖 作為光源與光譜儀之間的信號傳輸耦合介質, 整機采用全固態 設計提高了儀器的抗振性, 內部選用折疊 Czerny-Turner 光路, 以 CCD 作為光電傳感器件、USB 作為光譜儀與計算機的通訊 接口和對光譜儀的供電接口。所設計的光譜儀具有體積小、質 量輕、精度高、穩定性好等優點。
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