通过蓝牙与智能终端连接的微型光谱系统研究

发布时间：2020-06-17 11:00

【摘要】：拉曼光谱检测技术是一种很重要的检测物质成分的手段,拉曼特征光谱可以很好地反映分子结构,从而分辨出物质成分。随着人们生活质量的不断提高,食品安全、绿色生态、健康环保等生活方式得到越来越多的关注与认可,拉曼光谱仪以其方便快捷的检测优点也得到了越来越多的应用。但是传统的拉曼光谱仪具有体积大、成本高等缺点,很难进行原位检测,并难以得到推广应用,不能满足人们对物质检测的需求。因此,低成本、小型化、可进行现场快速检测的便携式拉曼光谱仪很快进入人们的视野并迅速崛起,成为拉曼光谱仪新的发展方向。拉曼光谱仪的主要结构包括拉曼探头、窄线宽激光器和光谱仪模块。本论文在课题组原有芯片光谱仪的研制基础上,对利用蓝牙通讯模块连接智能手机和芯片光谱仪的微型光谱仪系统进行了研究,其特点是采用智能手机的显示和信息处理模块对微型光谱仪获得的信号进行处理,从而设计一款低成本、小体积的便携式光谱仪。本文基于课题组前期研制的阵列波导光栅(AWG)的光谱仪芯片,采用ADI公司生产的ADAS1128芯片作为128路积分放大和模数转换芯片,以FPGA芯片作为主控芯片,以蓝牙作为通讯设备,以手机终端作为数据处理设备设计了一款软硬件兼具的可进行原位快速检测的便携式拉曼光谱仪。大大缩小硬件电路的体积、降低了系统成本且简化了硬件电路的调试工作。本文主要介绍基于阵列波导光栅的通过蓝牙连接的光谱仪系统的设计,本文的研究内容主要包括:1.硬件电路系统设计。在对ADAS1128模数转换芯片和FPGA主控芯片的芯片参数、引脚功能和时序逻辑等进行详细的分析,从而了解ADAS1128模数转换芯片和FPGA主控芯片的使用方法的基础上,主要通过硬件电路设计将ADAS1128模数转换芯片、FPGA主控芯片、AWG芯片和蓝牙设备整合到一个电路系统中并使各部分能够稳定工作,从而进行信号的采集并与手机终端进行数据通讯。FPGA主控芯片在蓝牙设备接收到手机终端软件系统发来的指令之后开始获取从ADAS 1128模数转换芯片处传来的数据信息,然后对接收到的数据信息进行打包处理,继而通过蓝牙设备将打包好的数据信息发送给手机终端软件系统。2.手机终端软件系统设计。主要通过设计手机终端软件,在用户界面美观友好的前提下,通过手机蓝牙向硬件电路系统发送指令并接收由硬件电路系统发送来的检测数据,最终对数据进行处理。手机终端软件系统向硬件系统发送指令之后,开始获取从硬件系统传来的数据信息,再对接收到的数据信息进行处理和整合,最终得到拉曼光谱呈现到用户界面之中。3.系统功能验证。通过对光谱的检测来验证本文所设计的系统的可行性和可靠性。本文的研究最终得到利用蓝牙通讯模块连接智能手机的基于阵列波导光栅的128路便携式拉曼光谱仪系统,并分别对其硬件系统和软件系统进行功能验证,再通过光谱检测验证了其可行性基本性能与可靠性。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.1;TN925
【图文】：

逑上海星必光电科技有限公司自主研发的手持式拉曼物质真伪鉴别仪逡逑ＴｒｕＮｕｍｅｎ、手持式拉曼安检仪ＨａｚａＤｅｆｅｎｄｅｒ和ＮａｒｃＳｅｅｋｅｒ如图１－１所示。它们逡逑的硬件结构基本相同，和不同的软件算法进行配合可以用于食品安全、违禁物品逡逑等多种领域的快速检测。它们的尺寸为长１６．邋５ｃｍ，宽８．邋５ｃｍ，高３．邋５ｃｍ，重７５０ｇ，逡逑拉曼光谱范围为１７０ＣＨＴ１至３０００ｃｍ＇全波段拉曼光谱分辨率为７．邋５ｃｍ邋１至ｌＯｃｎｆ１，逡逑它们最大的特点在于在体积和质量在几乎达到最小的同时，光谱仪的分辨率和光逡逑谱范围也达到了很高的水平。轻便的重量和小巧的体积使得它们便于携带，方便逡逑出入于各种场合，其高效的特性使得它们在物质检测上值得人们信赖。它们配套逡逑的人性化的高性能算法使得它们真正实现一键式傻瓜检测，直接向用户提供检测逡逑结论

逦逦逡逑美国ＳｃｉＡｐｓ公司旗下的ＤｅｌｔａＮｕ研制出的掌上拉曼光谱仪ＲｅｐｏｒｔｅＲ小巧便逡逑携，只有手机大小，是目前世界上最小的拉曼光谱仪，如图１－３所示。ＲｅｐｏｒｔｅＲ逡逑简单易用，坚固耐用，通过了美国军用装备标准ＭｉｌＳｐｅＳｌＯＧ的规范认证。逡逑ＲｅｐｏｒｔｅＲ可以独立工作，也可以通过ＵＳＢ接口连接至电脑进行实时谱图分析。逡逑Ｒ印ｏｒｔｅＲ的采样无需预处理，能够透过透明的或半透明的容器直接检测，对样逡逑品不会有任何损伤，它采用共振／ＳＥＲＳ等技术，具有很高的灵敏度，通过把鉴定逡逑物独有的拉曼指纹光谱和数据库里的光谱进行比较，能够在几秒内高效鉴定物质逡逑并把最匹配的物质名称和匹配因子显示在彩色高清触摸屏上，同时把数据保存在逡逑内置的ＳＤ卡中以便于日后调用分析。ＲｅｐｏｒｔｅＲ的这种人性化设计使得非专业人逡逑士也可以很轻松地使用它来进行现场实时检测，现己应用于对危险化学品、违禁逡逑物品、化工材料、爆炸物等多种物质的快速无损鉴定。逡逑

【参考文献】

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本文编号：2717508