一種基于dsp和fpga的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在各種場(chǎng)合的光譜及相關(guān)參數(shù)測(cè)量的光譜儀，特別涉及是一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一個(gè)世紀(jì)以來，光譜分析技術(shù)已變得多樣化，除了發(fā)射、吸收、反射、熒光、散射光譜方法外，還發(fā)展出了微分光譜、調(diào)制光譜、傅里葉變換、干涉分光儀等。
[0003]隨著光譜儀器硬件的發(fā)展，可測(cè)量的波長(zhǎng)范圍也相應(yīng)擴(kuò)展，長(zhǎng)波到毫米波，短波與軟X射線(10 nm)相連。上世紀(jì)90年代以來，一種微型結(jié)構(gòu)的光纖光譜儀引起了諸多人士的關(guān)注，并在各種光譜測(cè)量及相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的大型光譜儀相t匕，微型光纖光譜儀有很多優(yōu)點(diǎn)，如重量輕、體積小、探測(cè)速度快、可集成化等。
[0004]目前，微型光譜儀的實(shí)現(xiàn)可以有多種技術(shù)，常用的方法包括:采用新型濾光技術(shù)，如可調(diào)諧光纖法-珀腔(F- P);利用光纖的化學(xué)傳感特性制作光纖探針；使用微細(xì)加工結(jié)合集成光學(xué)介質(zhì)光波導(dǎo)技術(shù)；等等，其中光纖光譜儀是微型光譜儀器的重要發(fā)展方向。
[0005]低損耗石英光纖的研制和光纖技術(shù)的引入，改變了傳統(tǒng)光譜儀的采光技術(shù)，使光譜探測(cè)脫離了樣品池。利用光纖探頭，可以方便地將遠(yuǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)樣品的光譜信號(hào)導(dǎo)入光譜儀器，通過將光纖探頭與光學(xué)平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)等部件相結(jié)合，能夠形成結(jié)構(gòu)較為緊湊的新型光譜儀器。90年代以來，微電子領(lǐng)域中的多像元光學(xué)探測(cè)器發(fā)展迅猛，如CCD陣列、光電二極管陣列等，使生產(chǎn)低成本掃描儀和CCD相機(jī)成為可能。使用CCD作為光譜接收器件，可以進(jìn)行瞬態(tài)和弱光光譜的采集，而且不必轉(zhuǎn)動(dòng)光色散元件，使儀器更加經(jīng)久耐用。
[0006]光纖光譜儀系統(tǒng)具有模塊化和靈活性的特點(diǎn)，其中單通道微型光纖光譜儀測(cè)量速度非?？?，可用于在線分析。根據(jù)使用對(duì)象的不同，通過采用不同的光纖探頭改變光譜測(cè)量方式，可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，而且由于它選用了低成本的通用探測(cè)器，使得光譜儀的成本也大大降低，進(jìn)一步擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)今的光譜儀主要測(cè)量紫外、可見、近紅外、紅外波段的光譜強(qiáng)度，應(yīng)用領(lǐng)域主要有顏色測(cè)量、化學(xué)成份的濃度測(cè)量、電磁輻射光譜分析、吸收和發(fā)射光譜測(cè)量、物質(zhì)成分測(cè)量等。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)的光譜探測(cè)的應(yīng)用研究中，例如:在生物醫(yī)療方面，經(jīng)常需要對(duì)多組光譜同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以比較相互之間的瞬態(tài)光譜變化特性。如果使用多臺(tái)光譜儀同時(shí)工作，不僅給操作帶來困難，而且會(huì)提高測(cè)量系統(tǒng)成本；目前的光譜探測(cè)儀能夠測(cè)量的參數(shù)范圍小，參考中國(guó)發(fā)明專利，專利號(hào)為201210103294.1，其公開了一種微孔光譜儀，包括信號(hào)處理器、精密擺桿和光纖、透鏡底座，所述信號(hào)處理器與透鏡底座連接，所述透鏡底座連接精密擺桿，所述精密擺桿連接光纖，其特征在于:所述信號(hào)處理器內(nèi)設(shè)置有信號(hào)處理電路板，所述信號(hào)處理電路板外設(shè)有外殼，所述外殼上設(shè)有USB接口，所述透鏡底座設(shè)置在所述外殼上表面，所述透鏡底座上設(shè)置透鏡槽，所述透鏡槽內(nèi)設(shè)置凸透鏡，所述精密擺桿設(shè)置光纖孔，所述精密擺桿下設(shè)置限位螺栓，所述光纖前端設(shè)有金屬保護(hù)頭，所述金屬保護(hù)頭插入光纖孔，所述限位螺母通過螺紋連接固定金屬保護(hù)頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明就是針對(duì)上述問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)；采用多路光譜分光系統(tǒng)結(jié)合單一電子信號(hào)處理模塊技術(shù)，既具有單通道光譜儀結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)各路光譜信號(hào)之間的實(shí)時(shí)、同步采樣處理，具有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0010]本發(fā)明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)，主要包括:導(dǎo)光光纖、光學(xué)平臺(tái)、CCD探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集和控制電路、計(jì)算機(jī)；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:導(dǎo)光光纖將信號(hào)光導(dǎo)入，進(jìn)入光學(xué)平臺(tái)，光學(xué)平臺(tái)進(jìn)行分光處理，分光處理后聚焦在CCD探測(cè)器的感光面上，經(jīng)CCD探測(cè)器接收到分光后，將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；輸出的電信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和控制電路的處理，再輸出傳送給計(jì)算機(jī)中，最后由計(jì)算機(jī)顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數(shù)據(jù)可用于各種后續(xù)的分析、處理和控制。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集和控制電路是由濾波放大電路、八選一模擬開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成，來進(jìn)行對(duì)CCD探測(cè)器發(fā)出的電信號(hào)進(jìn)行處理。
[0011]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集和控制電路處理完成之后的信號(hào)經(jīng)由FPGA的FIFO輸入DSP中，最后通過DSP的USB接口傳給計(jì)算機(jī)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是。
[0013]本發(fā)明采用多個(gè)CCD作為光電探測(cè)器，以FPGA作為控制核心產(chǎn)生各種控制時(shí)序，能同時(shí)快速地測(cè)量多達(dá)八組的光譜信號(hào)并具有實(shí)時(shí)光譜處理能力的新型多路型光纖光譜儀；實(shí)現(xiàn)了新型多路型光纖光譜儀系統(tǒng)良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、較大的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍和較高的信噪比，適合于各種場(chǎng)合的光譜及相關(guān)參數(shù)測(cè)量。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)的電路原理圖。
[0016]其中，I為導(dǎo)光光纖、2為光學(xué)平臺(tái)、3為CXD探測(cè)器、4為數(shù)據(jù)采集和控制電路、5為計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所7K,為本發(fā)明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖中包括:導(dǎo)光光纖1、光學(xué)平臺(tái)2、CCD探測(cè)器3、數(shù)據(jù)采集和控制電路4、計(jì)算機(jī)5;導(dǎo)光光纖I將信號(hào)光導(dǎo)入，進(jìn)入光學(xué)平臺(tái)2，光學(xué)平臺(tái)2進(jìn)行分光處理，分光處理后聚焦在CCD探測(cè)器3的感光面上，經(jīng)CCD探測(cè)器3接收到分光后，將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；輸出的電信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和控制電路4的處理，再輸出傳送給計(jì)算機(jī)5中，最后由計(jì)算機(jī)5顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數(shù)據(jù)可用于各種后續(xù)的分析、處理和控制。
[0018]本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集和控制電路4是由濾波放大電路、八選一模擬開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成，來進(jìn)行對(duì)CCD探測(cè)器3發(fā)出的電信號(hào)進(jìn)行處理；所述數(shù)據(jù)采集和控制電路4處理完成之后的信號(hào)經(jīng)由FPGA的FIFO輸入DSP中，最后通過DSP的USB接口傳給計(jì)算機(jī)5。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)，其中包括:導(dǎo)光光纖(1)、光學(xué)平臺(tái)(2)、CCD探測(cè)器(3)、數(shù)據(jù)采集和控制電路(4)、計(jì)算機(jī)(5);其特征在于:導(dǎo)光光纖(1)將信號(hào)光導(dǎo)入，進(jìn)入光學(xué)平臺(tái)(2)，光學(xué)平臺(tái)(2)進(jìn)行分光處理，分光處理后聚焦在(XD探測(cè)器(3)的感光面上，經(jīng)CCD探測(cè)器(3)接收到分光后，將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；輸出的電信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和控制電路(4)的處理，再輸出傳送給計(jì)算機(jī)(5)中，最后由計(jì)算機(jī)(5)顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數(shù)據(jù)可用于各種后續(xù)的分析、處理和控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集和控制電路(4)是由濾波放大電路、八選一模擬開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成，來進(jìn)行對(duì)CCD探測(cè)器(3)發(fā)出的電信號(hào)進(jìn)行處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集和控制電路(4)處理完成之后的信號(hào)經(jīng)由FPGA的FIFO輸入DSP中，最后通過DSP的USB接口傳給計(jì)算機(jī)(5 )。
【專利摘要】一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統(tǒng)。本發(fā)明采用多路光譜分光系統(tǒng)結(jié)合單一電子信號(hào)處理模塊技術(shù),既具有單通道光譜儀結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn),又能實(shí)現(xiàn)各路光譜信號(hào)之間的實(shí)時(shí)、同步采樣處理,具有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明包括導(dǎo)光光纖、光學(xué)平臺(tái)、CCD探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集和控制電路、計(jì)算機(jī)；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：導(dǎo)光光纖將信號(hào)光導(dǎo)入，進(jìn)入光學(xué)平臺(tái)，光學(xué)平臺(tái)進(jìn)行分光處理，分光處理后聚焦在CCD探測(cè)器的感光面上，經(jīng)CCD探測(cè)器接收到分光后，將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；輸出的電信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和控制電路的處理，再輸出傳送給計(jì)算機(jī)中，最后由計(jì)算機(jī)顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數(shù)據(jù)可用于各種后續(xù)的分析、處理和控制。
【IPC分類】G01J3/28
【公開號(hào)】CN105333955
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410402122
【發(fā)明人】郭洪
【申請(qǐng)人】郭洪
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2014年8月15日