CN214749736U - 一种光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光谱仪，包括：集成于同一块PCB板上的控制模块、连接器与供电模块，控制模块根据用户输入的检测指令控制光源发射模块发出射线至待测样品上；采集模块接收待测样品发射的光线并对其进行光电转换得到光线数字信号，控制模块对光线数字信号进行处理得到光线数据信息；显示模块显示所述光线数据信息；所述控制模块通过控制所述连接器以与不同型号的显示屏相适配。本实用新型将控制模块、连接器与供电模块集成于同一块PCB板上，减小了光谱仪体积，将控制模块直接控制光源发射模块、采集模块，从而简化了电路结构；设置连接器以与各种显示模块相适配，从而提高了光谱仪的适应性。

Description

一种光谱仪

技术领域

本实用新型涉及光谱仪技术领域，具体涉及一种光谱仪。

背景技术

随着科学技术的发展，快速、无损、经济的光谱技术广泛的适用于从遥感测量，农作物监测，森林研究、海洋学研究等各领域应用。遥感领域中为了研究各种不同地物在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱,需要适用于野外测量的光谱仪器。由于其野外工作测试环境的特点,使得仪器本身满足高信噪比、高分辨率等要求的前提下，光谱仪尽量小巧轻便，便于使用。但是随着光谱技术广泛应用，现有的地物光谱仪为了达到高性能，设备的重量及体积不断增加，与便携测量的设计理念矛盾。目前的地物光谱仪本身不具备存储功能，大量数据实时传送可通过数据线连接计算机，或者使用无线设备传输，无形中增加了设备的体积和重量。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的手持光谱仪体积大的缺陷，从而提供一种光谱仪。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种光谱仪，包括：控制模块、采集模块、显示模块、光源发射模块、连接器及供电模块，控制模块、连接器与供电模块集成于同一块PCB板上，其中，控制模块，用于根据用户输入的检测指令，控制光源发射模块发出射线至待测样品上；光源发射模块，用于发出射线至待测样品上，激发待测样品发射光线；采集模块，用于接收待测样品发射的光线，并对其进行光电转换，得到光线数字信号，并发送至控制模块，控制模块对光线数字信号进行处理，得到光线数据信息；显示模块，包括光源及显示屏，光源与显示屏连接，显示屏与控制模块连接用于显示光线数据信息；连接器，其分别与控制模块及显示屏连接，控制模块通过控制连接器以与不同型号的显示屏相适配；供电模块，其分别与控制模块、光源发射模块、采集模块、连接器及显示模块连接，用于为控制模块、光源发射模块、采集模块、连接器及显示模块供电。

在一实施例中，控制模块包括：控制电路、显示驱动电路，其中，控制电路，其分别与采集模块、光源发射模块及供电模块连接，用于控制采集模块及光源发射模块启动，并通过控制二者的运行状态以适配不同的待测样品；显示驱动电路，其与控制电路、连接器连接，控制电路通过控制显示驱动电路驱动显示模块显示光线数据信息。

在一实施例中，采集模块包括：光接收器、预处理电路、模数转换电路及采集控制电路，其中，光接收器，用于探测接收待测样品发射的光线；预处理电路，用于对待测样品发射的光线进行微分及放大处理，得到光线模拟信号；控制模块通过控制采集控制电路发出模数转换驱动信号至模数转换电路，控制模数转换电路接收光线模拟信号，并将其转换为光线数字信号。

在一实施例中，光源发射模块包括：数模转换电路及光管，其中，控制模块、数模转换电路及光管依次连接，当待测样品不同时，控制模块通过发出占空比不同的射线驱动数字信号，并经由数模转换电路将射线驱动数字信号转换为射线驱动模拟信号控制光管发出对应具有对应能量的射线。

在一实施例中，光谱仪还包括：准直器、准直器驱动电机、准直器驱动电机限位霍尔开关、滤光片、滤光片驱动电机、滤光片驱动电机限位霍尔开关，其中，光源发射模块、滤光片、准直器、待测样品依次顺序设置；准直器用于将光源发射模块发出的射线集中到待测样品上的目标位置，滤光片用于滤除光源发射模块发出的射线中的干扰信号；准直器、准直器驱动电机、控制模块依次顺序连接，准直器驱动电机、准直器驱动电机限位霍尔开关、控制模块依次顺序连接，滤光片、滤光片驱动电机、控制模块依次顺序连接，滤光片驱动电机、滤光片驱动电机限位霍尔开关、控制模块依次顺序连接；控制模块通过准直器驱动电机限位霍尔开关获取的准直器驱动电机当前的转动信息，控制准直器驱动电机的转动状态，带动准直器转动，控制模块通过滤光片驱动电机限位霍尔开关获取的滤光片驱动电机当前的转动信息，控制滤光片驱动电机的转动状态，带动滤光片移动，控制光源发射模块发出的射线集中到待测样品上的目标位置。

在一实施例中，控制模块还包括：准直器驱动电路、滤光片驱动电路，其中，控制电路、准直器电机驱动电路、准直器电机依次顺序连接，准直器电机驱动电路根据控制电路发出的准直器电机控制信号，控制准直器电机的转动状态；控制电路、滤光片电机驱动电路、滤光片电机依次顺序连接，滤光片电机驱动电路根据控制电路发出的滤光片电机控制信号，控制滤光片电机的转动状态。

在一实施例中，光谱仪还包括：通讯模块，其分别与控制模块及上位机连接，用于实现控制模块与上位机之间的通讯；定位模块，其与控制模块连接，控制模块驱动定位模块记录当前地点信息；摄像模块，其与控制模块及显示模块连接，控制模块实时控制摄像模块获取待测样品图像信息，并发送至显示模块。

在一实施例中，光谱仪还包括：保护模块及用户输入模块，其中，保护模块，其与控制模块连接，用于测取待测样品是否在其感应区域内，当待测样品在感应区域内，且用户通过用户输入模块将检测指令发送至控制模块时，控制模块控制光源发射模块发出射线至待测样品上。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供的光谱仪，将控制模块、连接器与供电模块集成于同一块PCB板上，减小了光谱仪体积，将控制模块直接控制光源发射模块、采集模块，代替了由于控制模块与其它模块通过辅助电路实现连接的方式，从而简化了电路结构，并且增强了抗干扰能力；设置连接器以与各种显示模块相适配，从而提高了光谱仪的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的光谱仪的一个具体示例的组成图；

图2为本实用新型实施例提供的连接器的一个具体示例的组成图；

图3为本实用新型实施例提供的供电模块的具体电路结构；

图4为本实用新型实施例提供的光谱仪的另一个具体示例的组成图；

图5为本实用新型实施例提供的显示驱动电路的具体电路结构；

图6为本实用新型实施例提供的光谱仪的另一个具体示例的组成图；

图7为本实用新型实施例提供的光谱仪的另一个具体示例的组成图；

图8为本实用新型实施例提供的光谱仪的另一个具体示例的组成图；

图9为本实用新型实施例提供的通讯模块的一个具体示例的组成图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实用新型实施例提供一种光谱仪，应用于需要对待测样品的成分等特性进行分析的场合，本实用新型实施例的光谱仪除了包括主壳体之外，如图1所示，还包括：控制模块1、采集模块2、显示模块3、光源发射模块4、连接器5及供电模块6，控制模块1、连接器5与供电模块6集成于同一块PCB板上。

如图1所示，本实用新型实施例的控制模块1，用于根据用户输入的检测指令，控制光源发射模块4发出射线至待测样品上；

光源发射模块4，用于发出射线至待测样品上，激发待测样品发射光线。

采集模块2，用于接收待测样品发射的光线，并对其进行光电转换，得到光线数字信号，并发送至控制模块1，控制模块1对光线数字信号进行处理，得到光线数据信息；

显示模块3，包括光源及显示屏，其用于显示光线数据信息，光源与显示屏连接，显示屏与控制模块1连接用于显示光线数据信息。

连接器5，其分别与控制模块1及显示屏连接，控制模块1通过控制连接器5以与不同型号的显示屏相适配；

供电模块6，其分别与控制模块1、光源发射模块4、采集模块2、连接器5及显示模块3连接，用于为控制模块1、光源发射模块4、采集模块 2、连接器5及显示模块3供电。

本实用新型实施例的控制模块1通过连接器5与显示屏连接，该连接器5用于驱动显示屏，连接器5具体电路结构如图2所示。显示屏通过此连接器5和控制电路连接，控制模块1与显示屏之间采用MIPI通讯协议，图2中，VDD_1V8、VDD_2V8两个端口与供电模块6连接，C246、C301 用于滤除显示屏所用电源中的杂波。DSI_D3P、DSI_D3M、DSI_CLK0M、 DSI_CLK0P、DSI_D1M、DSI_D1P、DSI_D0P、DSI_D0M、DSI_D2P、 DSI_D2M 10个DSI端口均与控制模块1连接，用于传输光线数据信息，控制模块1根据显示屏的厂家及规格，通过芯片的LCD_ID引脚输入对应的驱动代码，以与各种型号的显示屏相适配。

如图3为本实用新型实施例提供的供电模块6的具体电路图，图中为 DC-DC电路，但是供电模块6不仅限于DC-DC电路，还可以为其它电压转换电路，在此不作限制。

本实用新型实施例的控制模块1根据待测样品的类型，控制光源发射模块4发出不同能量的射线至待测样品上，射线轰击待测样品，待测样品产生能量跃迁，从而待测样品发射出光线，采集模块2实时捕捉该光线，并其进行光电转换后，得到光线数字信号，控制模块1对光线数字信号进行分析，得到光线数据信息，此光线数据信息可以反映出待测样品的成分等信息。

本实用新型实施例的控制模块1、连接器5及供电模块6集成于同一块 PCB板上，且控制模块1不采用单片机与外设连接，而是控制模块1中集成驱动外设的程序代码，因此大大缩小了光谱仪的体积及成本。

本实用新型实施例提供的光谱仪，将控制模块、连接器与供电模块集成于同一块PCB板上，减小了光谱仪体积，将控制模块直接控制光源发射模块、采集模块，代替了由于控制模块与其它模块通过辅助电路实现连接的方式，从而简化了电路结构，并且增强了抗干扰能力；设置连接器以与各种显示模块相适配，从而提高了光谱仪的适应性。

在一具体实施例中，如图4所示，控制模块1包括：控制电路11、显示驱动电路12。

如图4所示，本实用新型实施例的控制电路11，其分别与采集模块2、光源发射模块4及供电模块6连接，用于控制采集模块2及光源发射模块4 启动，并通过控制二者的运行状态以适配不同的待测样品，其中，控制电路11的主芯片采用瑞芯微RK3399六核结构CPU处理器，该芯片的运行主频最可高达2GHz，且其内部集成了Mali-T864 GPU，支持AFBC(帧缓冲压缩)，该芯片标配2GB DDR3内存和16GB eMMC5.1闪存，并且该芯片支持多种外设接口，以与不同的外设连接，需要说明的是控制电路11的主芯片的选型还可以为其它类型，具有相同功能的芯片，在此不作限制。

如图4所示，显示驱动电路12，其与控制电路11、连接器5连接，控制电路11通过控制显示驱动电路12驱动显示模块3显示光线数据信息。

本实用新型实施例的显示驱动电路12具体电路结构如图5所示，显示驱动电路12通过连接器5与光源连接，图5中的VSYS端口为电源端口，与供电模块6连接，C222、C196给此电源滤波。背光驱动芯片U2为和L9、 D11、C202组成一个升压电路，其工作原理为DISP0_PWM1端口与控制电路11连接，由控制电路11提供一个PWM信号，使背光驱动芯片U2关断，从而L9、D11、C202组成的振荡电路产生感应电动势，并由LED+端口引出，连接至连接器5，控制电路11通过调整DISP0_PWM1端口的PWM信号的占空比控制了显示屏的亮度。

在一具体实施例中，如图6所示，采集模块2包括：光接收器21、预处理电路22、模数转换电路23及采集控制电路24。

本实用新型实施例的光接收器21，用于探测接收待测样品发射的光线，该光接收器21可以为SDD探头，在此不作限制。

本实用新型实施例的预处理电路22，用于对待测样品发射的光线进行微分及放大处理，得到光线模拟信号；

控制模块1通过控制采集控制电路24发出模数转换驱动信号至模数转换电路23，控制模数转换电路接收光线模拟信号，并将其转换为光线数字信号。

在一具体实施例中，如图7所示，光源发射模块4包括：

数模转换电路41及光管42，其中，控制模块1(具体为控制电路11)、数模转换电路41及光管42依次连接，当待测样品不同时，控制模块1通过发出占空比不同的射线驱动数字信号，并经由数模转换电路41将射线驱动数字信号转换为射线驱动模拟信号控制光管42发出对应具有对应能量的射线。

在一具体实施例中，如图8所示，光谱仪还包括：准直器、准直器驱动电机、准直器驱动电机限位霍尔开关、滤光片、滤光片驱动电机、滤光片驱动电机限位霍尔开关。

本实用新型实施例的光源发射模块中的光管、滤光片、准直器、待测样品依次顺序设置；

准直器用于将光源发射模块发出的射线集中到待测样品上的目标位置，滤光片用于滤除光源发射模块发出的射线中的干扰信号；

准直器、准直器驱动电机、控制模块1依次顺序连接，准直器驱动电机、准直器驱动电机限位霍尔开关、控制模块1依次顺序连接，滤光片、滤光片驱动电机、控制模块1依次顺序连接，滤光片驱动电机、滤光片驱动电机限位霍尔开关、控制模块1依次顺序连接；

控制模块1通过准直器驱动电机限位霍尔开关获取的准直器驱动电机当前的转动信息，控制准直器驱动电机的转动状态，带动准直器转动，控制模块1通过滤光片驱动电机限位霍尔开关获取的滤光片驱动电机当前的转动信息，控制滤光片驱动电机的转动状态，带动滤光片移动，控制光源发射模块发出的射线集中到待测样品上的目标位置。

在一具体实施例中，如图8所示，控制模块还包括：准直器驱动电路、滤光片驱动电路。

控制电路11、准直器电机驱动电路、准直器电机依次顺序连接，准直器电机驱动电路根据控制电路11发出的准直器电机控制信号，控制准直器电机的转动状态；

控制电路11、滤光片电机驱动电路、滤光片电机依次顺序连接，滤光片电机驱动电路根据控制电路11发出的滤光片电机控制信号，控制滤光片电机的转动状态。

在一具体实施例中，如图8所示，光谱仪还包括：通讯模块、定位模块及摄像模块。

如图8所示，本实用新型实施例的通讯模块分别与控制模块及上位机连接，用于实现控制模块与上位机之间的通讯。

本实用新型实施例的通讯模块可以为采用AP6354模块的无线WIFI通讯模块，其支持WIFI2.4GHz、WIFI5GHz、蓝牙等，采用SDIO总线方式控制模块通讯，图9为本实用新型实施例提供的通讯模块的具体电路结构，图9中Y3为晶振振荡器，其用于给芯片U29提供基础时钟，C173、C174 为Y3的负载电容，C175、L6构成内部电源滤波，C164、C163、C165、 C167、C166、C168、组成WIFI、蓝牙天线等装置匹配电路，用于调试天线性能作用，J26、J27为天线接口连接器。

如图8所示，本实用新型实施例的定位模块与控制模块连接，控制模块驱动定位模块记录当前地点信息，定位模块可以采用u-blox模块，其定位的当前地点信息包括当前地点经纬度，并将当前地点信息回传到控制模块。

如图8所示，本实用新型实施例的摄像模块与控制模块及显示模块连接，控制模块实时控制摄像模块获取待测样品图像信息，并发送至显示模块。

在一具体实施例中，如图8所示，光谱仪还包括：保护模块及用户输入模块，其中，保护模块，其与控制模块连接，用于测取待测样品是否在其感应区域内，当待测样品在感应区域内，且用户通过用户输入模块将检测指令发送至控制模块时，控制模块控制光源发射模块发出射线至待测样品上。

本实用新型实施例的保护模块可以为接近开关，当接近开关探测到待测样品在其感应区域内时，此时光谱仪才具有对待测样品检测的功能，用户输入模块可以为扳机开关，用户可以通过扣动扳机开关，发送检测指令至控制模块。

需要说明的是，本实用新型实施例的各个器件的选型可以根据实际情况要求进行确定，且控制模块1、采集模块2等模块中所涉及到的各种控制方法、驱动方法、采集方法均为现有技术中成熟的方法，在此不作限制。

本实用新型实施例提供的光谱仪，将控制模块、连接器与供电模块集成于同一块PCB板上，减小了光谱仪体积，将控制模块直接控制光源发射模块、采集模块，代替了由于控制模块与其它模块通过辅助电路实现连接的方式，从而简化了电路结构，并且增强了抗干扰能力；设置连接器以与各种显示模块相适配，从而提高了光谱仪的适应性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种光谱仪，其特征在于，包括：控制模块、采集模块、显示模块、光源发射模块、连接器及供电模块，控制模块、连接器与供电模块集成于同一块PCB板上，其中，

控制模块，用于根据用户输入的检测指令，控制光源发射模块发出射线至待测样品上；

光源发射模块，用于发出射线至待测样品上，激发待测样品发射光线；

采集模块，用于接收待测样品发射的光线，并对其进行光电转换，得到光线数字信号，并发送至控制模块，控制模块对光线数字信号进行处理，得到光线数据信息；

显示模块，包括光源及显示屏，光源与显示屏连接，显示屏与所述控制模块连接用于显示所述光线数据信息；

连接器，其分别与所述控制模块及显示屏连接，所述控制模块通过控制所述连接器以与不同型号的显示屏相适配；

供电模块，其分别与控制模块、光源发射模块、采集模块、连接器及显示模块连接，用于为控制模块、光源发射模块、采集模块、连接器及显示模块供电；

所述控制模块包括：控制电路、显示驱动电路，其中，控制电路，其分别与所述采集模块、光源发射模块及供电模块连接，用于控制所述采集模块及光源发射模块启动，并通过控制二者的运行状态以适配不同的待测样品；显示驱动电路，其与所述控制电路、连接器连接，所述控制电路通过控制显示驱动电路驱动所述显示模块显示所述光线数据信息；

所述采集模块包括：光接收器、预处理电路、模数转换电路及采集控制电路，其中，光接收器，用于探测接收待测样品发射的光线；预处理电路，用于对所述待测样品发射的光线进行微分及放大处理，得到光线模拟信号；控制模块通过控制采集控制电路发出模数转换驱动信号至所述模数转换电路，控制所述模数转换电路接收所述光线模拟信号，并将其转换为光线数字信号；

所述光源发射模块包括：数模转换电路及光管，其中，控制模块、数模转换电路及光管依次连接，当待测样品不同时，控制模块通过发出占空比不同的射线驱动数字信号，并经由数模转换电路将射线驱动数字信号转换为射线驱动模拟信号控制光管发出对应具有对应能量的射线。

2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，还包括：准直器、准直器驱动电机、准直器驱动电机限位霍尔开关、滤光片、滤光片驱动电机、滤光片驱动电机限位霍尔开关，其中，

光源发射模块、滤光片、准直器、待测样品依次顺序设置；

所述准直器用于将所述光源发射模块发出的射线集中到待测样品上的目标位置，所述滤光片用于滤除所述光源发射模块发出的射线中的干扰信号；

准直器、准直器驱动电机、控制模块依次顺序连接，准直器驱动电机、准直器驱动电机限位霍尔开关、控制模块依次顺序连接，滤光片、滤光片驱动电机、控制模块依次顺序连接，滤光片驱动电机、滤光片驱动电机限位霍尔开关、控制模块依次顺序连接；

控制模块通过准直器驱动电机限位霍尔开关获取的准直器驱动电机当前的转动信息，控制所述准直器驱动电机的转动状态，带动准直器转动，控制模块通过滤光片驱动电机限位霍尔开关获取的滤光片驱动电机当前的转动信息，控制所述滤光片驱动电机的转动状态，带动滤光片移动，控制光源发射模块发出的射线集中到待测样品上的目标位置。

3.根据权利要求2所述的光谱仪，其特征在于，所述控制模块还包括：准直器驱动电路、滤光片驱动电路，其中，

控制电路、准直器电机驱动电路、准直器电机依次顺序连接，准直器电机驱动电路根据控制电路发出的准直器电机控制信号，控制准直器电机的转动状态；

控制电路、滤光片电机驱动电路、滤光片电机依次顺序连接，滤光片电机驱动电路根据控制电路发出的滤光片电机控制信号，控制滤光片电机的转动状态。

4.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，还包括：

通讯模块，其分别与控制模块及上位机连接，用于实现控制模块与上位机之间的通讯；

定位模块，其与所述控制模块连接，控制模块驱动定位模块记录当前地点信息；

摄像模块，其与所述控制模块及显示模块连接，控制模块实时控制摄像模块获取待测样品图像信息，并发送至显示模块。

5.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，还包括：保护模块及用户输入模块，其中，

保护模块，其与所述控制模块连接，用于测取待测样品是否在其感应区域内，当待测样品在感应区域内，且用户通过所述用户输入模块将检测指令发送至控制模块时，控制模块控制光源发射模块发出射线至待测样品上。

Images