基于FPGA的小型光纖光譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)_江健銘
光譜儀器是利用光的色散、吸收、散射等現(xiàn)象得到與被分 析物質(zhì)有關(guān)的光譜,從而對(duì)物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、測(cè)量的物 理光學(xué)儀器,廣泛應(yīng)用于光輻射能量、幅頻特性及其變化規(guī)律 的研究。傳統(tǒng)的光譜儀存在著體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用環(huán)境受 限、價(jià)格昂貴等不足,不能滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。隨 著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,新材料的應(yīng)用,儀器設(shè)備在保證測(cè)量 精度要求的前提下,便攜性成為了發(fā)展的必然趨勢(shì)。面對(duì)這一 趨勢(shì),國(guó)外一些知名儀器廠家推出了性能好、體積小、質(zhì)量輕、 穩(wěn)定性強(qiáng)的光纖光譜儀,但這些光譜儀往往價(jià)格昂貴、實(shí)行技 術(shù)保護(hù)。而國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品在性能、穩(wěn)定性等方面均遠(yuǎn)落后于國(guó) 外廠家,因此對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì) CCD 掃描控制、USB 傳 輸控制及 ADC 轉(zhuǎn)換控制, 采用 C++ Builder 設(shè)計(jì)光譜儀掃描控 制軟件,用低壓汞燈光譜對(duì)軟件進(jìn)行標(biāo)定,同時(shí)對(duì)光纖光譜儀的 主要性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。為了實(shí)現(xiàn)光譜儀的小型化,使用光纖 作為光源與光譜儀之間的信號(hào)傳輸耦合介質(zhì), 整機(jī)采用全固態(tài) 設(shè)計(jì)提高了儀器的抗振性, 內(nèi)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(jì)算機(jī)的通訊 接口和對(duì)光譜儀的供電接口。所設(shè)計(jì)的光譜儀具有體積小、質(zhì) 量輕、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。