直读光谱仪多通道线阵CCD信号采集与处理

发布时间：2021-05-19 16:10

　　光电直读光谱仪是钢铁工业中应用最广泛的金属分析检测仪器。传统的直读光谱仪采用光电倍增管作为光接收器件,体积庞大笨重、工作条件苛刻、操作复杂,检测时需要转换通道来完成光谱扫描,难以得到推广。线阵CCD具有尺寸小、检测灵敏度高、光谱范围宽、可同时多通道采样的优点,为光谱分析技术的发展提供了一个新的方向。本文针对直读光谱仪的设计需求,结合线阵CCD图像采集和嵌入式软、硬件技术,对CCD直读光谱仪的光谱信号采集与处理做了深入研究。从系统工作的整个过程中选择三个重点问题进行研究:自动曝光调整输出信号、多通道数据采集、噪声干扰分析与处理。分析CCD信号电压与曝光时间的关系,结合电子快门的特性,设计了自动曝光调整电路,通过自动改变积分时间调整CCD输出,使信号保持在最佳的探测范围。分析CCD的量化处理过程,结合数模转换器、FPGA、SRAM,设计了多通道CCD输出模拟信号采集与缓存方案,同时采集各通道的光谱信号并存储在外部存储器。分析直读光谱仪中信号采集系统存在的电磁干扰与噪声,并设计解决方案。对于环境中的电磁干扰,采用大面积接地、PCB布局、硬件屏蔽技术等方式滤除;对于噪声,分别采用均值滤波、小波... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 论文研究背景
    1.2 直读光谱仪的国内外研究现状及发展趋势
    1.3 论文研究意义及主要研究工作
2 CCD的原理、特点及应用
    2.1 CCD的基本工作原理
    2.2 CCD的特点
    2.3 CCD的分类
    2.4 CCD的特性参数
    2.5 CCD的噪声
    2.6 CCD在直读光谱测量中的应用
    2.7 本章小结
3 CCD自动曝光调整
    3.1 自动曝光调整原理
    3.2 自动曝光调整方案
    3.3 实验结果
    3.4 本章小结
4 多通道CCD信号数据采集
    4.1 电路要求
    4.2 CCD信号的量化
    4.3 SRAM缓存电路
    4.4 多路信号缓存器设计
    4.5 实验结果
    4.6 本章小结
5 噪声干扰分析与处理
    5.1 采集系统的电磁干扰
    5.2 采集系统的噪声
    5.3 随机信号的去噪方法
    5.4 去噪算法实验结果
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 不足与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录
附录2 FPGA部分代码


【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度小信号峰值检测电路的设计[J]. 全丽希,李跃忠,熊永康.  仪表技术. 2014(07)
[2]基于FPGA的CCD光积分时间大范围实时自调节系统[J]. 胡开付,王双保.  大气与环境光学学报. 2012(05)
[3]抑制电磁干扰屏蔽技术的研究[J]. 王威,徐抒岩,杨絮.  制造业自动化. 2011(10)
[4]光电直读光谱仪的工作原理及误差分析[J]. 廉恩常.  中国计量. 2010(07)
[5]高效均值滤波算法[J]. 王科俊,熊新炎,任桢.  计算机应用研究. 2010(02)
[6]TDI-CCD图像传感器的噪声分析与处理[J]. 李云飞,李敏杰,司国良,郭永飞.  光学精密工程. 2007(08)
[7]基于小波变换和均值滤波的图像去噪方法[J]. 龚昌来.  光电工程. 2007(01)
[8]基于FPGA的CCD相机自动增益控制方法及实现[J]. 宋秋冬,林秋月,刘会通,李金龙.  红外与激光工程. 2006(S4)
[9]基于电子快门实现CCD曝光量无级调节技术[J]. 王海涌,申功勋.  光电工程. 2006(08)
[10]线阵CCD传感器在材料变形量测试中的应用[J]. 吕威,孙杰.  中国测试技术. 2006(02)

硕士论文
[1]基于FPGA的微小型光谱仪器研制[D]. 胡开付.华中科技大学 2013
[2]直读光谱仪CCD检测与处理系统研究[D]. 许玉兴.山东科技大学 2009
[3]小波分析在光谱数据去噪处理中的应用[D]. 李晓飞.上海交通大学 2009
[4]CCD光谱测量系统的数据采集及信号数字化处理[D]. 夏若彬.浙江大学 2007
[5]高速低功耗嵌入式SRAM研究与设计[D]. 姚其爽.西北工业大学 2007
[6]EMI电源滤波器的设计和研究[D]. 王丽.北京交通大学 2007
[7]CCD信号数据采集及处理[D]. 颜伟彬.华中科技大学 2004
[8]CCD降噪技术的研究[D]. 王利刚.燕山大学 2003



本文编号：3196055