CN105333955A - 一种基于dsp和fpga的多路型光纤光谱仪*** - Google Patents
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Abstract
一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***。本发明采用多路光谱分光***结合单一电子信号处理模块技术,既具有单通道光谱仪结构紧凑的优点,又能实现各路光谱信号之间的实时、同步采样处理,具有明显技术优势。本发明包括导光光纤、光学平台、CCD探测器、数据采集和控制电路、计算机；其结构特点是：导光光纤将信号光导入，进入光学平台，光学平台进行分光处理，分光处理后聚焦在CCD探测器的感光面上，经CCD探测器接收到分光后，将光谱信号转换为电信号输出；输出的电信号经过数据采集和控制电路的处理，再输出传送给计算机中，最后由计算机显示出光谱图形；所获得的光谱数据可用于各种后续的分析、处理和控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用在各种场合的光谱及相关参数测量的光谱仪，特别涉及是一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***。
背景技术
一个世纪以来,光谱分析技术已变得多样化,除了发射、吸收、反射、荧光、散射光谱方法外,还发展出了微分光谱、调制光谱、傅里叶变换、干涉分光仪等。
随着光谱仪器硬件的发展,可测量的波长范围也相应扩展,长波到毫米波,短波与软X射线(10nm)相连。上世纪90年代以来,一种微型结构的光纤光谱仪引起了诸多人士的关注,并在各种光谱测量及相关领域得到了广泛应用。与传统的大型光谱仪相比,微型光纤光谱仪有很多优点,如重量轻、体积小、探测速度快、可集成化等。
目前,微型光谱仪的实现可以有多种技术,常用的方法包括:采用新型滤光技术,如可调谐光纤法-珀腔(F-P);利用光纤的化学传感特性制作光纤探针;使用微细加工结合集成光学介质光波导技术;等等,其中光纤光谱仪是微型光谱仪器的重要发展方向。
低损耗石英光纤的研制和光纤技术的引入,改变了传统光谱仪的采光技术,使光谱探测脱离了样品池。利用光纤探头,可以方便地将远距离现场样品的光谱信号导入光谱仪器,通过将光纤探头与光学平台、数据采集、计算机等部件相结合,能够形成结构较为紧凑的新型光谱仪器。90年代以来,微电子领域中的多像元光学探测器发展迅猛,如CCD阵列、光电二极管阵列等,使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。使用CCD作为光谱接收器件,可以进行瞬态和弱光光谱的采集,而且不必转动光色散元件,使仪器更加经久耐用。
光纤光谱仪***具有模块化和灵活性的特点，其中单通道微型光纤光谱仪测量速度非常快,可用于在线分析。根据使用对象的不同,通过采用不同的光纤探头改变光谱测量方式,可实现一机多用，而且由于它选用了低成本的通用探测器,使得光谱仪的成本也大大降低,进一步扩展了它的应用领域。现今的光谱仪主要测量紫外、可见、近红外、红外波段的光谱强度,应用领域主要有颜色测量、化学成份的浓度测量、电磁辐射光谱分析、吸收和发射光谱测量、物质成分测量等。
在现有技术的光谱探测的应用研究中,例如：在生物医疗方面,经常需要对多组光谱同时进行测量,以比较相互之间的瞬态光谱变化特性。如果使用多台光谱仪同时工作,不仅给操作带来困难,而且会提高测量***成本；目前的光谱探测仪能够测量的参数范围小，参考中国发明专利，专利号为201210103294.1，其公开了一种微孔光谱仪，包括信号处理器、精密摆杆和光纤、透镜底座，所述信号处理器与透镜底座连接，所述透镜底座连接精密摆杆，所述精密摆杆连接光纤，其特征在于：所述信号处理器内设置有信号处理电路板，所述信号处理电路板外设有外壳，所述外壳上设有USB接口，所述透镜底座设置在所述外壳上表面，所述透镜底座上设置透镜槽，所述透镜槽内设置凸透镜，所述精密摆杆设置光纤孔，所述精密摆杆下设置限位螺栓，所述光纤前端设有金属保护头，所述金属保护头***光纤孔，所述限位螺母通过螺纹连接固定金属保护头。
发明内容
本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***；采用多路光谱分光***结合单一电子信号处理模块技术,既具有单通道光谱仪结构紧凑的优点,又能实现各路光谱信号之间的实时、同步采样处理,具有明显技术优势。
为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***，主要包括：导光光纤、光学平台、CCD探测器、数据采集和控制电路、计算机；其结构特点是：导光光纤将信号光导入，进入光学平台，光学平台进行分光处理，分光处理后聚焦在CCD探测器的感光面上，经CCD探测器接收到分光后，将光谱信号转换为电信号输出；输出的电信号经过数据采集和控制电路的处理，再输出传送给计算机中，最后由计算机显示出光谱图形；所获得的光谱数据可用于各种后续的分析、处理和控制。
作为本发明的一种优选方案，本发明所述的数据采集和控制电路是由滤波放大电路、八选一模拟开关及A/D转换器所构成，来进行对CCD探测器发出的电信号进行处理。
进一步地，所述数据采集和控制电路处理完成之后的信号经由FPGA的FIFO输入DSP中,最后通过DSP的USB接口传给计算机。
本发明的有益效果是。
本发明采用多个CCD作为光电探测器，以FPGA作为控制核心产生各种控制时序,能同时快速地测量多达八组的光谱信号并具有实时光谱处理能力的新型多路型光纤光谱仪；实现了新型多路型光纤光谱仪***良好的长期稳定性、较大的信号动态范围和较高的信噪比,适合于各种场合的光谱及相关参数测量。
附图说明
图1是本发明一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***的结构框图。
图2是本发明一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***的电路原理图。
其中，1为导光光纤、2为光学平台、3为CCD探测器、4为数据采集和控制电路、5为计算机。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***的结构框图。图中包括：导光光纤1、光学平台2、CCD探测器3、数据采集和控制电路4、计算机5；导光光纤1将信号光导入，进入光学平台2，光学平台2进行分光处理，分光处理后聚焦在CCD探测器3的感光面上，经CCD探测器3接收到分光后，将光谱信号转换为电信号输出；输出的电信号经过数据采集和控制电路4的处理，再输出传送给计算机5中，最后由计算机5显示出光谱图形；所获得的光谱数据可用于各种后续的分析、处理和控制。
本发明所述的数据采集和控制电路4是由滤波放大电路、八选一模拟开关及A/D转换器所构成，来进行对CCD探测器3发出的电信号进行处理；所述数据采集和控制电路4处理完成之后的信号经由FPGA的FIFO输入DSP中,最后通过DSP的USB接口传给计算机5。
Claims (3)
1.一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***，其中包括：导光光纤（1）、光学平台（2）、CCD探测器（3）、数据采集和控制电路（4）、计算机（5）；其特征在于：导光光纤（1）将信号光导入，进入光学平台（2），光学平台（2）进行分光处理，分光处理后聚焦在CCD探测器（3）的感光面上，经CCD探测器（3）接收到分光后，将光谱信号转换为电信号输出；输出的电信号经过数据采集和控制电路（4）的处理，再输出传送给计算机（5）中，最后由计算机（5）显示出光谱图形；所获得的光谱数据可用于各种后续的分析、处理和控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***，其特征在于：所述的数据采集和控制电路（4）是由滤波放大电路、八选一模拟开关及A/D转换器所构成，来进行对CCD探测器（3）发出的电信号进行处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪***，其特征在于：所述数据采集和控制电路（4）处理完成之后的信号经由FPGA的FIFO输入DSP中,最后通过DSP的USB接口传给计算机（5）。
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|---|---|---|---|---|
| CN106226251A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-12-14 | 南京邮电大学 | 动态光谱学仪器以及化学动力学测试方法 |
| CN109238966A (zh) * | 2018-10-11 | 2019-01-18 | 浙江大学昆山创新中心 | 一种光纤方式入光的在线式光谱光色检测仪 |
| CN109655233A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-04-19 | 厦门大学 | 一种多路光谱成像显示屏光学检测***及其检测方法 |
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2014
- 2014-08-15 CN CN201410402122.3A patent/CN105333955A/zh active Pending
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| CN109655233B (zh) * | 2018-12-18 | 2020-02-07 | 厦门大学 | 一种多路光谱成像显示屏光学检测***及其检测方法 |
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