基于CCD 的快速光谱测定仪的电路设计Circuit Design of Fast-measuring.pdf

基于 CCD 的快速光谱测定仪的电路设计 Circuit Design of Fast-measuring Spectrometer Based on CCD (中国地质大学（武汉）) 石宝松 金星 于来宝 SHI BAOSONG JIN XING YU LAIBAO 来源：微计算机信息 摘要：针对光谱分析中多波长快速测量的需要，设计了基于 CCD 的快速光谱测定仪。该仪器 的电路部分采用了线阵 CCD 进行光谱数据采集，采用 USB 接口进行通讯和系统供电。这种设 计大大提高了光谱测量速度和精度，同时使仪器的小型化和模块化成为可能。 关键词：线阵 CCD；光谱数据采集；USB 接口；SOC 中图分类号：TP216 文献标识码：A Abstract: Aiming at the need of fast multi-wavelength measurement, the design of fast-measuring spectrometer was successful. The circuit of spectrometer used CCD for spectrum data collection, and used USB interface for communication and system’s power. The design improves the speed and precision of Spectrum Measurement, at the same time, the design makes the miniaturization and modularization of spectrometer become possible. Key words: linear CCD-array; spectrum data collection; USB interface; SOC 0 引言 狭缝 光源 准直透镜 光栅 成像透镜 探测器 图 1 光谱测定仪工作原理图 光谱分析是获得被测物质中所含元素组分的重要手段。其工作原理如图 1 所示，含有信 息的入射光依次经过狭缝和准直透镜后变成平行光，平行光入射到光栅上，衍射光经成像透 镜汇聚于探测器上，通过对探测器上的光谱信号进行采集和分析就可以获得物质中所含元素 的组分，在这里使用 CCD 作为探测器。 CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件是 20 世纪 70 年代初发展起来的新型半导 体集成光电器件。这种器件具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、分辨率高等特点，十 分适合在光谱分析领域中应用。又因为该器件具有体积小、功耗小、可靠性高等特点，所以 很容易用它做成小型光谱测量集成模块。利用 CCD 器件做成的光谱测定仪，内部光学元件全 基金项目：国家科技支撑计划项目（2006BAK03A01 ） 部固定，克服了部分光学元件可动的弊端，提高了光谱测量的重复性。CCD 作为光电转换器 件，可实现对多波长的同时测量，这十分适合于快速光谱扫描和多波长分析的应用场合。 1 系统硬件电路设计 1.1 系统硬件结构 线阵 CCD 制 控 序 时 信号调理 A/D 转换器 核心处理器 USB 图2 系统硬件框图 如图 2 所示，该装置的硬件部分主要由核心处理器、线阵 CCD、信号调理电路和 USB 接 口组成。 核心处理器采用了 Silicon La