基于C8051单片机的便携式紫外可见光谱仪的研究

发布时间：2020-04-10 17:05

【摘要】：传统的紫外可见光谱仪存在结构复杂、体积大、光谱扫描时间长、不能实现多波长同时检测、不适合野外作业等弱点。课题针对上述弱点提出了一种便携式紫外可见光谱仪的设计方法,并根据该方法成功设计了一款新型紫外可见光谱仪,该光谱仪具有携带方便、工作速度快、可以实现多波长同时在线检测、适于野外作业等优点。文中主要完成了以下几方面的工作:1.介绍了传统紫外可见光谱仪的结构、工作原理及优缺点,并对光谱仪的未来发展趋势进行了说明。2.对比分析了采用多通道检测器件的多通道光谱测量系统和采用光电倍增管的单通道光谱测量系统,结论表明,相比于单通道光谱测量系统,多通道光谱测量系统的光学系统结构更简单、灵敏度更高、信噪比更好、并且可以实现全波段快速测量。3.研究了色散系统的小型化问题,采用了平场凹面全息光栅的小型化色散系统,该系统具有结构简单、元件少等优点,同时体积只有120×110×70mm~3。4.在硬件设计上,选择了多通道检测器件S3904-1024Q作为课题的光电转换器件。以C8051F020为控制核心,设计了一种集成度高的多通道检测器件的驱动系统和数据采集系统;驱动系统的驱动控制脉冲由单片机P1口产生;设计了基于LF356和MAX4501的积分电路用于将多通道检测器件输出的电荷信号转换为电压信号,该电压信号经过同相放大电路放大后由外部高速ADC芯片AD7492实现模数转换;转换结果通过单片机串口RS232标准传送到上位计算机中,并保存在外部FLASH芯片AT29LV512中。5.在软件设计上,首先,编写了单片机的C语言程序;其次,基于LabVIEW编写设计了上位机的软件,该软件具有串行通讯、数据采集和处理、数据显示等功能。6.研究了多通道光谱测量系统的波长标定问题,根据光栅谱线匀排性理论采用线性插值法实现了波长标定,准确度为1nm;最后对所设计的便携式紫外可见光谱仪进行了测试,结果表明波长准确度、光谱带宽的测量、透射比准确度等均达到设计要求。
【图文】：

紫外可见光谱仪

（6）远紫外光谱仪：光谱范围为10~200nm ，，主要用于太空检测。1.2.3 紫外可见光谱仪的结构、原理及主要技术指标紫外可见光谱仪是一款利用紫外可见波段的光谱作为照明系统来对样品进行定性和定量分析的仪器。传统紫外可见光谱仪的结构包括：光源、聚光系统、单色器（由入射狭缝、准直物镜、色散元件、成像物镜以及出射狭缝组成）、波长扫描机构、样品池、光电倍增管、控制电路和信号采集电路等装置。其中，光源是由氘灯（185—39nm）和钨灯（350—800nm）组合的分立光源，结构如图 1.2 所示。

光谱仪,美国,公司

的小型化光谱仪体积小，质量轻且精够更加灵活的应用到野外环境中。综上的国内外发展现状化技术发展较早，技术相对较为成熟。们具有代表性的设备，为首的生 Jobin Yvon 、英国的 Pye Unicam等。司 DE2000 小型化合金分析光谱仪仪的外形尺寸：245× 250 × 88mm，重射线管，管长更短，结构更加紧密，了信号利用率；DE2000 小型化光谱仪、防水；光谱仪内置槽式散热和电池，作提供了方便，其外形如图 1.4 所示。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH744.1

【参考文献】