基于CPLD的线阵CCD光谱检测数据采集系统的研究.pdf

第27卷，第lo期 光谱学与光谱分析 2oo a11d 7年1o月 spectroscopySpectralAtlal”is october，2007 基于cPLD的线阵CCD光谱检测数据采集系统的研究 李 刚1，王焱“2，李海兰1，林凌1 1．天津丈学精密仪器与光电子工程学院，天津300072 2．缸宁工程技术大学，辽宁阜新123000 摘要血液成分无创检测已成为生物医学工程领域关注的焦点和热点，其中以近红外血液成分检测最为 突出，而动态光谱检测方法以能消除近红外血液成分检测中的个体差异和测量条件的影响备受研究者的青 睬。但是，由于动态光谱检测系统要求较高的幅值精度和高的时问分辨率，因此要求所采用的OcD(chrge coupled device)系统进行较长时间的实时输出，其数据量较大，需要匹配高速数据传输模块。文章介绍了一 种基于cPLD(c0InpIexpmg珊nmablelogicdevice)的CcD数据采集系统，整个系统以cPu)为主芯片，它不 仅为OCD提供工作时序信号。同时还控制信号调理、转换、传输模块中的采样率、相关双采样的时序和数 据的存储与传输。采用cPLD器件不但简化了系统结构，提高了整个系统的速度，而且达到了幅值精度和时 间分辨率的要求。 关键词 动态光谱；cPLD；ccD；精度；分辨率 中圈分类号：0657．3文献标识码：A 文章编号：1000-0593f2007)10_1905_05 能的不断提高，cCD技术已被广泛地应用于众多检测领域， 引言 尤其是在光谱检测方面o“。ccD更是以其独特的性能优势 实现了多波长的并行扫描，取代了以往复杂的机械扫描装 红外光谱法是血液成分无创检测方法中的热点，也是取 置，减少了误差来源，提高了检测精度。ccD的动态光谱检 得成果最多的方法之J1。5]。但是，个体差异和测量条件是测系统要求高精度和高时间分辨率”’1‘”]，因此ccD输出的 影响近红外光谱血液成分无创检测的一个较突出问题。而动 数据量大，并且数据输出率高，使得一般传输模块的速度不 态光谱法口棚就是针对这个问题而提出的一种全新的近红外 能与之相匹配，为了解决数据传输速度与高数据量之间的矛 无创血液成分浓度检测方法。它从原理上消除了个体差异和 盾，本文提出了基于复杂可编程逻辑器件cPLD的OCD光 测量条件等对光谱检测的影响，为基于近红外光谱法的血液 谱检测数据采集系统。本设计以cPLD为主控芯片，结合高 成分无刨检测方法进人临床应用去除了一个较为关键的障 速A／D、相关双采样cDs(c。rrelated 碍㈣]。然而，由于人体的各种血液成分复杂，在近红外光谱 高速缓冲存储器实现了对高速cCD信号的采集。cPLD功能 区没有尖锐的吸收峰，各血液成分之间光谱重叠和交叉干扰 的。限于篇幅，本文将重点介绍ccD信号的预处理过程及各 的问题较为严重；并且人体组织是强散射介质，在应用光普 器件的时序设计，最后给出了由QuartusⅡ产生的时序仿真 法测量时存在多种干扰因素，导致信噪比和测量精度较低。 图。 血液成分和人体组织本身的这些特点，对光谱检测的灵敏度 和精度提出了较高的要求。本文从动态光谱检测要求出发， 1数据采集系统概述 采用光栅分光光谱法对血液诚分进行检测，其中光谱数据采 集部分是此系统的关键。本文根据光谱检测系统的高精度和