基于CCD和小型单色仪的微型光纤光栅光谱仪.pdfVIP

维普资讯 第 28卷 第 1期 物 理 实 验 VoI．28 No．1 2008年 1月 PHYSICS EXPERIM ENTATION Jan．，2008 仪 基于 O回 和小型单色仪的微型光纤光栅光谱仪 器 设 计 刘震宇，周艳明，谢 中，王祝盈，陈小林 与使用 (湖南大学 物理实验q-心 ，湖南 长沙410082) 摘 要 ：微型光栅光谱仪是在低成本小型单色仪的基础上开发的，采用 CCD作为感光元件 ，由CPID作为驱动和控 制电路的核心 ，将得到 的实验数据通过 USB2．0}办议传 到 PC端 ，由 IabVIEW 平 台开发 出的应用程序进行光谱数据存 储 、谱图显示和处理． 关键词 ：光栅光谱仪 ；CCD；CPID；LaBV1EW 中图分类号 ：TH744．1 文献标识码 ：A 文章编号：1005—4642(2008)01-0014—05 和使用简便的特点．克服了采用光电倍增管和步 l 引 言 进 电机的传统光栅光谱仪的缺点，拓宽了光栅光 光栅光谱仪是一种广泛应用 的光学分析仪 谱仪的应用范围． 器．普通的光栅光谱仪为达到高分辨率和高灵敏 2 系统构成 度的要求 ，一般使用步进电机驱动光栅转动对波 长进行扫描 ，采用光 电倍增管接收不 同波长的光 系统 由电路硬件 、光学系统和 PC端应用程 信号，从而获得波长强度谱．因此普通光栅光谱 序组成．硬件包括感光元件 、信号调理电路 、驱动 仪需要较大的仪器箱以满足光路和驱动机构的需 和控制 电路、USB2．0接 口．微型光栅光谱仪 电 要 ，这使得光栅光谱仪一般都具有较大的体积 、重 路结构框图如图 1所示，实物图见图2． 量、功耗和造价．在某些场合 ，这些缺点限制了该 技术的应用和推广．发展一种重量轻 、体积小 、功 CCD 耗低、造价廉的光栅光谱仪，对推广光谱分析技术 雩 ILX511 放AD804幂大ll臣瑶lA加ADFIO9)2R块80fl 的应用领域和范围有着重大的意义．本文介绍 了 采用索尼公司生产的线阵电荷耦合器件 (L-CCD) JTAG IIX5II和单色仪制作 的微型光栅光谱仪．高灵 接 口 敏度 、大动态范 围和高元胞数线阵电荷耦合器件 确保 了成像 的高精度．基 于复杂可编程器件 ccD驱动和FIFO写入 (CPID)的驱动和控制 电路可通过 JTAG接 口进 行现场编程烧录，调整 电路的工作状态．系统的 系统控制 数据传输采用 USB2．0协议 ，支持即插 即用 ，传输 CPLD EPM7l60 速度可达到480Mbps，与CPID的高速逻辑处理 能力和响应速度相配合 ，能针对 CCD的大数据量 图 1 微型光栅光谱仪 电路结构框 图 像素的光电信号进行高速采集和实时处理．上位 机采用 IabVIEw 编程界面，人机交互友好．上 索尼公司生产的 ILX511是专为手提式 POS 述 电路系统结合小型单色仪制成的微型光栅光谱 条形码扫描器和光学测量仪器设计的线型图像传 仪 ，配有光纤接 口，可通过光纤将待测信号直接耦