基于FPGA的光谱信息采集系统设计
本文选题:光谱仪 切入点:线阵CCD 出处:《南京邮电大学》2017年硕士论文
【摘要】:光谱仪是对物质进行物理化学成分分析的一种重要仪器。然而,受制于体积、成本以及扫描素的等因素,传统光谱仪的使用受到了很大的限制,在工程上难以应用。而在工业测控、自动测量和化学工业等许多领域对于低成本高性能的光谱测量的需求与日俱增,因此,对于光谱仪器微型化、低成本化以及高速化的发展研究具有重要意义。本文在对现有的光谱仪器进行调研和分析后,采用FPGA作为控制单元,线阵CCD作为传感器设计并搭建了一台光谱信息采集系统样机。通过对整个系统不同部分功能的拆分,将全部系统分成CCD模块、信号处理与A/D转换模块、FPGA驱动控制模块、通信接口模块和PC机等部分。CCD模块采用一片线阵CCD作为光电传感器;信号处理与A/D转换模块采用专AD9226芯片作为模数转换芯片,实现模数信号的高速转换;通信接口模块采用USB2.0标准通信接口,保证光谱数据的高速传输;FPGA驱动控制模块作为下位机控制核心产生其他各个模块的控制时序信号;上位机程序使用LabView进行编程,使用方便。系统完成后,对系统的各个组成部分进行了调试,并对调试实验中存在的问题进行了分析和解决。此外为了充分验证系统性能本文对整个系统进行了基于平场凹面光栅的分光光路设计及仿真与搭建。最后,本系统进行了综合实验,分别对系统的波长探测和浓度探测进行了标定实验。实验表明系统能够较为精确的采集光谱谱面信息,采集精度符合设计要求,数据重复性好。
[Abstract]:Spectrometer is an important instrument for the physical and chemical composition analysis of substances. However, the use of traditional spectrometers is limited by the factors of volume, cost and scanning element. The demand for low cost and high performance spectral measurement is increasing in many fields, such as industrial measurement and control, automatic measurement and chemical industry, therefore, for the miniaturization of spectral instruments, It is of great significance to study the development of low cost and high speed. After the investigation and analysis of the existing spectral instruments, FPGA is adopted as the control unit. A spectral information acquisition system prototype is designed and built by linear CCD as a sensor. By splitting the functions of different parts of the whole system, the whole system is divided into CCD module, signal processing and A / D conversion module, and FPGA driver control module. The communication interface module and PC module. The CCD module uses a linear CCD as the photoelectric sensor, the signal processing and A / D conversion module uses the special AD9226 chip as the analog to digital conversion chip, realizes the high speed conversion of the analog and digital signal. The communication interface module adopts USB2.0 standard communication interface to ensure the high-speed transmission of spectral data. As the control core of the lower computer, the driver control module generates the control timing signals of other modules. The upper computer program is programmed by LabView. After the completion of the system, the various components of the system were debugged, In addition, in order to fully verify the performance of the system, this paper designs, simulates and builds the whole system based on flat field concave grating. The system has carried on the comprehensive experiment, has carried on the calibration experiment to the system wavelength detection and the concentration detection, the experiment indicated that the system can collect the spectrum spectrum surface information accurately, the acquisition precision conforms to the design request, the data repeatability is good.
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH744.1;TN791
【参考文献】
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,本文编号:1688223
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