一種基于ccd和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其涉及一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，屬于光譜數(shù)據(jù)采集控制領域。
【背景技術】
[0002]目前，光譜儀器是光學儀器的重要組成部分。它是應用光學原理，對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分
等進行測量、分析和處理的基本設備，廣泛應用于化學分析、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、臨床檢
驗、工業(yè)檢測以及航空航天遙感等領域。微型光譜儀中一般采用光柵分光。光譜儀器的電路部分主要包括線陣CCD (電荷耦合器件)探測器及外圍電路，還包括微型光譜儀數(shù)據(jù)采集模塊，例如A/D轉(zhuǎn)換及接口設計等。在工作時，光束由狹縫進入微型光譜儀內(nèi)部，經(jīng)凹面光柵分光后匯聚到線陣CCD上，CCD將光信號轉(zhuǎn)換為電信號由數(shù)據(jù)采集電路獲取并傳送給上位機。
[0003]但是，傳統(tǒng)的光譜儀存在著體積大、結(jié)構(gòu)復雜、使用環(huán)境受限、價格昂貴等不足，不能滿足現(xiàn)場檢測、實時監(jiān)測的要求。對于微型光譜儀來說，CCD器件本身的暗電流噪聲、積分期間電荷注入噪聲、轉(zhuǎn)移期間電荷損失噪聲出放大器噪聲、信號數(shù)字化過程中可能產(chǎn)生的高頻噪聲、及信號傳輸過程中環(huán)境因素可能產(chǎn)生的隨機噪聲，使得在光譜功率比較低時，噪聲引起的曲線很粗糙，不光滑。在微型光譜儀測量光源色度的應用中，通過對微型光譜儀輸出的原始光譜信息進行處理，得到需要的色度信息，所以為了提高處理結(jié)果的準確性，有必要對原始光譜數(shù)據(jù)進行預處理，使噪聲及無用信號的影響降到最小，提高微型光譜儀測量參數(shù)的準確性。
[0004]例如申請?zhí)枮椤?01410648647.5”的一種便攜式光譜儀數(shù)據(jù)采集處理與顯示系統(tǒng)。CPLD時序驅(qū)動電路產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號、時鐘脈沖信號及地址信號；CM0S光電探測陣列及讀出電路在時鐘脈沖信號的控制下檢測待測量光束，將檢測到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，將電信號輸出至前端放大電路；前端放大電路對電信號經(jīng)過前端處理后將信號傳遞給AD轉(zhuǎn)換電路;AD轉(zhuǎn)換電路在時鐘脈沖信號的控制下將從前端放大電路接收的處理后的電信號模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而且將數(shù)字信號傳遞給主控單元；主控單元根據(jù)從CPLD時序驅(qū)動電路接收的驅(qū)動脈沖信號、時鐘脈沖信號以及地址信號，向存儲器發(fā)送存儲控制指令；存儲器從CPLD時序驅(qū)動電路接收地址信號，并在主控單元的存儲控制指令的時序控制下對數(shù)字信號進行存儲。
[0005]又如申請?zhí)枮椤?01510092639.1”的一種光譜數(shù)據(jù)的顯示方法及系統(tǒng)，該方法包括:采集光譜數(shù)據(jù)，控制顯示光譜曲線及數(shù)據(jù)列表，數(shù)據(jù)列表上顯示有與光譜曲線所對應的全部光譜數(shù)據(jù)；在光譜曲線上控制顯示一選擇框，在選擇框內(nèi)控制顯示游標和一對標尺，且在數(shù)據(jù)列表控制顯示和標記選擇框、游標和標尺所對應的光譜數(shù)據(jù)。在顯示光譜曲線的同時，可以顯示數(shù)據(jù)列表窗口以便對比使用兩種輸出結(jié)果，同時游標和標尺用于迅速查到相應的光譜數(shù)據(jù)。同時為了直觀起見，在光譜曲線的下面顯示相應的廣義的光學色譜圖。另夕卜，為方便操作者記錄測量光譜的有關信息，在光譜曲線的窗口上設置信息記錄輸入窗口。從而該發(fā)明便于顯示、查找、對比及測量光譜數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含CCD采樣頭、CCD時序電路、光電倍增管、高壓調(diào)整電路、微控制器模塊、多路選擇開關、A/D采樣電路、存儲器、顯示模塊和電源模塊；所述CCD采樣頭和光電倍增管依次通過A/D采樣電路、多路選擇開關連接微控制器模塊，所述微控制器模塊的輸出端通過CCD時序電路連接CCD采樣頭的輸入端，所述微控制器模塊的輸出端通過高壓調(diào)整電路連接光電倍增管的輸入端，所述存儲器、顯示模塊和電源模塊連接在微控制器模塊的相應端口上。
[0008]作為本發(fā)明一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述光電倍增管的芯片型號為H10721-210。
[0009]作為本發(fā)明一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號為MAX120。
[0010]作為本發(fā)明一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。
[0011]作為本發(fā)明一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述顯示模塊為IXD顯示屏。
[0012]本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
1、本發(fā)明利用單片機和A/D器件MAX120等構(gòu)成的光譜信號采集系統(tǒng)，由單片機控制A/D產(chǎn)生不同的采樣頻率，用于光電倍增管和CCD輸出的光譜信號的采集，有效的提升了光譜數(shù)據(jù)采集的準確性；
2、本發(fā)明能耗低，采用光電倍增管以其特有的倍增系統(tǒng)，成為一種理想的低噪聲放大器。它可以探測極微弱的光信號，而且響應速度很快，有效面積也大，被廣泛應用于光信號測量的領域。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示，一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含CCD采樣頭、CCD時序電路、光電倍增管、高壓調(diào)整電路、微控制器模塊、多路選擇開關、A/D采樣電路、存儲器、顯示模塊和電源模塊；所述CCD采樣頭和光電倍增管依次通過A/D采樣電路、多路選擇開關連接微控制器模塊，所述微控制器模塊的輸出端通過CCD時序電路連接CCD采樣頭的輸入端，所述微控制器模塊的輸出端通過高壓調(diào)整電路連接光電倍增管的輸入端，所述存儲器、顯示模塊和電源模塊連接在微控制器模塊的相應端口上。
[0015]其中，所述光電倍增管的芯片型號為H10721-210，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號為MAX120，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機，所述顯示模塊為LCD顯示屏。
[0016]本發(fā)明利用單片機和A/D器件MAX120等構(gòu)成的光譜信號采集系統(tǒng)，由單片機控制A/D產(chǎn)生不同的采樣頻率，用于光電倍增管和CCD輸出的光譜信號的采集，有效的提升了光譜數(shù)據(jù)采集的準確性；本發(fā)明能耗低，采用光電倍增管以其特有的倍增系統(tǒng)，成為一種理想的低噪聲放大器。它可以探測極微弱的光信號，而且響應速度很快，有效面積也大，被廣泛應用于光信號測量的領域。
[0017]在光譜測量中，常用光電倍增管和CCD作為光電轉(zhuǎn)換器。在慢變化、高精度光譜測量中使用PMT ;對于閃光燈、熒光和磷光等強度隨時間變化時的光譜信號則采用CCD。PMT和CCD輸出的信號形式是不同的:光電倍增管輸出的是連續(xù)的模擬信號；CCD輸出的是視頻脈沖信號。由于輸出信號的不同，相應的信號采集電路也不盡相同。本發(fā)明所述的系統(tǒng)通過設定控制開關的不同狀態(tài)，由單片機檢測、判斷和執(zhí)行相應的操作，完成對不同形式輸入?目號的米集。
[0018]由于CCD像元幾何尺寸小、精度高，有光積分時間和信號存儲功能，因此，可以用來進行光譜測量。被測光源發(fā)出的光線經(jīng)狹縫落在光柵平面上，經(jīng)光柵色散后在CCD像元上成像，CCD各像元的位置對應于光線色散后不同的波長。CCD輸出的是被測對象的視頻信號，在視頻信號中每一個離散電壓信號的大小對應著該光敏元所接收光強的強弱，而信號輸出的時序則對應CCD光敏元位置的順序。由采樣電路對CCD輸出信號進行逐位采樣，根據(jù)采樣的位數(shù)，就可以知道信號所在的波長，而信號的幅度則是該波長的光譜能量。這樣，只要對目標進行一次采樣，就可以得到在一定波長范圍內(nèi)的光譜分布曲線，因而可以用來測量閃光燈等瞬態(tài)發(fā)光光譜。
[0019]光電倍增管以其特有的倍增系統(tǒng)，成為一種理想的低噪聲放大器。它可以探測極微弱的光信號，而且響應速度很快，有效面積也大，被廣泛應用于光信號測量的領域。光電倍增管輸出的是一個理想的電流源，外接一個負載電阻，通過測量信號電流在負載上的電壓降，即可得到光譜信號。
[0020]多路選擇開關、A/D采樣電路、存儲器、光電倍增管、高壓調(diào)整電路組成。我們設計的信號采集電路可以用于兩種探測器。針對不同的探測器，單片機工作在不同的狀態(tài)，利用同一 A/D采樣電路，完成信號的采集，可以滿足光譜測量要求。
[0021]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0022]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。上面對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權項】
1.一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包含CCD采樣頭、CCD時序電路、光電倍增管、高壓調(diào)整電路、微控制器模塊、多路選擇開關、A/D采樣電路、存儲器、顯示模塊和電源模塊；所述CCD采樣頭和光電倍增管依次通過A/D采樣電路、多路選擇開關連接微控制器模塊，所述微控制器模塊的輸出端通過CCD時序電路連接CCD采樣頭的輸入端，所述微控制器模塊的輸出端通過高壓調(diào)整電路連接光電倍增管的輸入端，所述存儲器、顯示模塊和電源模塊連接在微控制器模塊的相應端口上。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述光電倍增管的芯片型號為H10721-210。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號為MAX120。4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示模塊為IXD顯示屏。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CCD和光電倍增管的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含CCD采樣頭、CCD時序電路、光電倍增管、高壓調(diào)整電路、微控制器模塊、多路選擇開關、A/D采樣電路、存儲器、顯示模塊和電源模塊；本發(fā)明利用單片機和A/D器件MAX120等構(gòu)成的光譜信號采集系統(tǒng),由單片機控制A/D產(chǎn)生不同的采樣頻率,用于光電倍增管和CCD輸出的光譜信號的采集，有效的提升了光譜數(shù)據(jù)采集的準確性。
【IPC分類】G01J3/28
【公開號】CN105157834
【申請?zhí)枴緾N201510546326
【發(fā)明人】尤為
【申請人】無錫伊佩克科技有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月31日