基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式光譜快速檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式光譜快速檢測儀，其特點是該檢測儀由探頭、稱合器、光電探測器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、微控器和時序驅(qū)動電路組成，所述稱合器將探頭導(dǎo)入的待測光以不同波長的光分散投射到光電探測器，由讀出電路將電信號讀出后輸入放大電路，經(jīng)放大的電信號通過A/D轉(zhuǎn)換器后由存儲器進行緩存，由微控制器通過USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD顯示器或無線收發(fā)模塊進行終端處理。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有模塊化、智能化，拓寬了光譜的工作范圍，提高了測量精度、靈敏度和速度，結(jié)構(gòu)緊湊，性能好，尤其滿足了環(huán)保、野外、現(xiàn)場檢測以及星載分析檢測的集成化、小型化和輕量化的需求。
【專利說明】基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式光譜快速檢測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光譜檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式生物光譜快速檢測儀。

【背景技術(shù)】
[0002]光譜儀器是用來研究和分析物質(zhì)的光譜的裝置，它的基本功能是測定所研究的物質(zhì)吸收、發(fā)射、散射或者受激發(fā)射的光譜組成，包括它的波長和強度等。光譜技術(shù)利用光線在被測樣品內(nèi)部的吸收、反射及散射特征來實現(xiàn)對樣品參數(shù)的檢測，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學、科技農(nóng)業(yè)、軍事分析以及工業(yè)流程監(jiān)控等領(lǐng)域，特別是食品安全、環(huán)境和生物監(jiān)測等大量民用光譜儀的需求正在不斷增長。
[0003]隨著，高效低廉的光學元件及線性陣列檢測器件的出現(xiàn)和計算機技術(shù)的發(fā)展，二元光學等微制造技術(shù)的發(fā)展使光譜儀器從20世紀90年代初期逐漸擺脫了實驗室的局限，向智能化、微型化和集成化方向發(fā)展。光譜技術(shù)的應(yīng)用延展到實驗室之外的更加廣闊的領(lǐng)域，如環(huán)保、野外、現(xiàn)場檢測、星載分析檢測等，要求儀器牢固耐振，小型化和輕量化。
[0004]目前，便攜式光譜儀都采用硅材料CXD或CMOS陣列探測器，由于硅的帶隙1.1eV,導(dǎo)致其響應(yīng)范圍在可見光范圍及其附近，后端的數(shù)據(jù)處理必須要連接電腦才能顯示，使得光電接收器件與后端驅(qū)動電路及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)實現(xiàn)模塊化和集成化，結(jié)構(gòu)不緊湊，抗振動、抗環(huán)境溫度壓力變化性能較差，尤其不能滿足智能化、小型化和輕量化發(fā)展的需要。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計的一種基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式光譜快速檢測儀，采用量子效應(yīng)光電探測和數(shù)據(jù)傳輸模塊，使光電接收器件與后端驅(qū)動電路及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化、模塊化和系統(tǒng)自動化，進一步拓寬了光譜的工作范圍，提高了測量精度、靈敏度和速度，結(jié)構(gòu)緊湊，抗振動、抗環(huán)境溫度壓力變化性能好，尤其滿足了環(huán)保、野外、現(xiàn)場檢測以及星載分析檢測的智能化、小型化和輕量化的需求。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:一種基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式光譜快速檢測儀，其特點是該光譜快速檢測儀由光纖探頭、光纖稱合器、量子效應(yīng)光電探測器、前端放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、FIFO存儲器、微控制器和時序驅(qū)動電路組成，所述量子效應(yīng)光電探測器對接讀出電路；所述時序驅(qū)動電路為讀出電路、A/D轉(zhuǎn)換器和FIFO存儲器提供CPLD時序驅(qū)動；所述微控制器為設(shè)有WiFi模塊和USB接口的MCU主控芯片；所述光纖稱合器將光纖探頭導(dǎo)入的待測光以不同波長的光分散投射到量子效應(yīng)光電探測器進行光電信號的轉(zhuǎn)換，由讀出電路將讀出的電信號輸入前端放大電路，經(jīng)放大的電信號由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入FIFO存儲器，F(xiàn)IFO存儲器在時序驅(qū)動電路和微控制器協(xié)同下將數(shù)字信號存儲到靜態(tài)RAM，由存儲器連接的微控制器通過USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀XD顯示器或無線收發(fā)模塊進行終端處理。
[0007]所述量子效應(yīng)光電探測器為Γ64元量子阱-量子點光電探測陣列。
[0008]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有模塊化、智能化，進一步拓寬了光譜的工作范圍，提高了測量精度、靈敏度和速度，結(jié)構(gòu)緊湊，抗振動、抗環(huán)境溫度壓力變化性能好，尤其滿足了環(huán)保、野外、現(xiàn)場檢測以及星載分析檢測的集成化、小型化和輕量化的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]

【具體實施方式】
[0011]參閱附圖1，本實用新型由光纖探頭1、光纖稱合器2、量子效應(yīng)光電探測器3、讀出電路4、前端放大電路5、A/D轉(zhuǎn)換器6、FIFO存儲器7、微控制器8、IXD顯示器或無線收發(fā)模塊9和時序驅(qū)動電路10組成。所述量子效應(yīng)光電探測器3為高靈敏度Γ64元量子阱-量子點光電探測陣列對接讀出電路4 ;所述A/D轉(zhuǎn)換器6采用LTC1608 16位AD轉(zhuǎn)換芯片，其工作電壓為+/-6V，內(nèi)置高性能采樣保持器和基準電壓源；所述FIFO存儲器7采用靜態(tài)的RAM對A/D轉(zhuǎn)換后的CCD信號進行緩存；所述時序驅(qū)動電路10為讀出電路4、A/D轉(zhuǎn)換器6和FIFO存儲器7提供CPLD時序驅(qū)動；所述微控制器8采用STM32F407含有MCU的主控芯片，主控芯片上設(shè)有WiFi模塊和USB接口。
[0012]本實用新型是這樣工作的:光纖稱合器2將光纖探頭I導(dǎo)入的待測光以不同波長的光分散投射到量子效應(yīng)光電探測器3進行光電信號的轉(zhuǎn)換。量子效應(yīng)光電探測器3將檢測的光信號轉(zhuǎn)換為電流/電壓/電荷信號，光信號在量子阱-量子點的低維結(jié)構(gòu)受光激發(fā)得到空間分離的電子空穴對而被存儲，隨后通過施加一定偏壓驅(qū)使存儲的電子由讀出電路4讀出。讀出的電信號經(jīng)前端放大電路5接入A/D轉(zhuǎn)換器6，A/D轉(zhuǎn)換器6芯片采用多級差分流水線結(jié)構(gòu)，內(nèi)置有輸出糾錯邏輯，可在500Kbps數(shù)據(jù)速度是提供16位精度，并保證整個工作溫度范圍之內(nèi)沒有誤碼。FIFO存儲器7對A/D轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)換后的CXD信號進行緩存，F(xiàn)IFO存儲器7在時序驅(qū)動電路10和微控制器8的協(xié)同下將數(shù)字信號存儲到靜態(tài)RAM，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆蛛x，保證系統(tǒng)的采集頻率和傳輸頻率。微控制器8協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存于FIFO存儲器7的靜態(tài)RAM，最終通過USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD顯示器或無線收發(fā)模塊9進行終端處理。
[0013]以上只是對本實用新型作進一步的說明，并非用以限制本專利的實施應(yīng)用，凡為本實用新型等效實施，均應(yīng)包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式光譜快速檢測儀，其特征在于該光譜快速檢測儀由光纖探頭(I)、光纖稱合器(2)、量子效應(yīng)光電探測器(3)、前端放大電路(5)、A/D轉(zhuǎn)換器(6)、FIF0存儲器(7)、微控制器(8)和時序驅(qū)動電路(10)組成，所述量子效應(yīng)光電探測器(3 )對接讀出電路(4 );所述時序驅(qū)動電路(10 )為讀出電路(4 )、A/D轉(zhuǎn)換器(6 )和FIFO存儲器(7)提供CPLD時序驅(qū)動；所述微控制器(8)為設(shè)有WiFi模塊和USB接口的MCU主控芯片；所述光纖稱合器(2)將光纖探頭(I)導(dǎo)入的待測光以不同波長的光分散投射到量子效應(yīng)光電探測器(3)進行光電信號的轉(zhuǎn)換，由讀出電路(4)將讀出的電信號輸入前端放大電路(5 )，經(jīng)放大的電信號由A/D轉(zhuǎn)換器(5 )轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入FIFO存儲器(7 )，F(xiàn)IFO存儲器(7)在時序驅(qū)動電路(10)和微控制器(8)協(xié)同下將數(shù)字信號存儲到靜態(tài)RAM，由存儲器(7)連接的微控制器(8)通過USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀XD顯示器或無線收發(fā)模塊(9)進行終端處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于量子效應(yīng)光電探測器的便攜式光譜快速檢測儀，其特征在于所述量子效應(yīng)光電探測器(3)為Γ64元量子阱-量子點光電探測陣列。
【文檔編號】G01J3/28GK204007870SQ201420412615
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】郭方敏, 鄭厚植, 沈建華, 王維 申請人:華東師范大學