基于荧光检测的微型智能光谱仪数据读出模块研究
发布时间：2021-08-20 21:47
随着科学技术飞速发展,光谱分析仪器技术也日新月异,近年来光谱仪向微型化、智能化发展。与现代微机电技术、光纤技术相结合,可以将传统体积庞大的光谱仪设计成微型化的设备,微型光谱仪具有集成度高、体积小、使用方便、分析速度快、精度高、适用范围广等优点,使得光谱分析技术可以不受使用环境条件的限制,从而应用在更多的领域,如石油化工、工业产线、原位检测、地质勘探、医学制药、食品检测等,因此具有广阔的市场价值与发展前景。本文在深入了解微型智能光谱仪发展现状后,对光谱仪的结构以及工作原理进行研究分析,结合荧光光谱以及CCD（Charge Coupled Devices）成像原理,对微型光谱仪的读出电路进行研究设计:依据读出电路的功能将其划分成采集电路、信号处理电路、FPGA（Field-Programmable Gate Array）芯片电路以及串口通信接口4个模块,并对每一个模块进行研究设计,其中采集电路实现的是CCD探测器的驱动,而信号处理电路实现的是信号放大滤波以及AD（Analog to Digital）转换功能,FPGA电路模块为读出电路的控制核心,为CCD探测器以及AD芯片提供驱动信号,并控...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
棱镜色散原理图
图 1-2 反射式光栅色散原理图闪耀光栅原理如图所示，光栅方程为： (ě ě ) = = 是衍射光栅的入射角，θ 是衍射光栅的衍射角，d 为衍射光栅一般称为光栅常数，m 是衍射级次，为整数。光栅的色散能力与集程度有关，一般条件下单位面积内的刻线数越多，衍射光栅的882 年美国科学家罗兰发明了高精度的刻线机开始，衍射光栅便谱仪当中。其中按衍射光栅的种类可以分为透射式衍射光栅和材料的透射率限制了透射式衍射光栅的性能，而反射式衍射光栅近全反射而保证光谱完整性，因此光谱仪中的衍射光栅一般选衍射光栅光谱仪中还可以依据光栅的形状具体分为平面衍射光面衍射光栅光谱仪。依靠衍射光栅发生色散的光路与棱镜色散
图 1-3 傅里叶红外光谱仪干涉光原理图里叶红外光谱仪使用了双光束干涉的原理，原理图中，M1 和 M2 分镜和移动反射镜，G1 和 G2 为相同的光学分束器，一般为半反半透分束器 G1 后，分成反射和透射两束光，反射光到达固定反射镜 M1，而透射光经过分束器 G2 到达移动反射镜再反射回来，这里分束器用为补偿 G1 的光程差，最终两束光线重新汇合，通过调节移动反射位置可以使得两束光发生干涉，最后干涉光照射到样品池 A 上。然变换对含有样品池 A 信息的光信号进行处理，最终可以得到红外吸中透过率或吸收率随波长或波数变化。里叶变换红外光谱仪没有使用棱镜或光栅，自身使用的光学元件较少的损耗，而且通过光的干涉使得光信号得以增强，因此最终到达探测度较大，受环境噪声影响较小，信噪比较高。但受到傅里叶变换计算处理速度依赖于计算机或芯片的性能，随着计算机技术的发展以及芯步成熟，傅里叶变换红外光谱仪逐渐占据光谱仪市场的重要位置，并
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹光谱技术在中药大黄炮制品检测中的应用研究[J]. 杨帅,左剑,刘尚建,张存林. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[2]X射线荧光光谱法在石油化工产品分析中的应用进展[J]. 翟磊,詹秀春. 分析试验室. 2015(04)
[3]手持式X射线荧光光谱仪在富钴结壳资源勘查中的应用[J]. 张学华,李强,黄雪华,姚会强. 岩矿测试. 2014(04)
[4]便携式近红外光谱仪器现状及展望[J]. 于新洋,卢启鹏,高洪智,彭忠琦. 光谱学与光谱分析. 2013(11)
[5]Reflectance conversion methods for the VIS/NIR imaging spectrometer aboard the Chang’E-3 lunar rover: based on ground validation experiment data[J]. Bin Liu,Jian-Zhong Liu,Guang-Liang Zhang,Zong-Cheng Ling,Jiang Zhang,Zhi-Ping He,Ben-Yong Yang,Yong-Liao Zou. Research in Astronomy and Astrophysics. 2013(07)
[6]基于FPGA的高速AD转换[J]. 贺秋实,郝国法,钱龙. 电子设计工程. 2012(08)
[7]空间遥感相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置[J]. 薛旭成,石俊霞,吕恒毅,马天波,郭永飞. 光学精密工程. 2011(04)
[8]X射线荧光光谱分析稀土的研究进展[J]. 吴文琪,许涛,郝茜,王强,张淑杰,赵长玉. 冶金分析. 2011(03)
[9]傅里叶变换红外光谱仪[J]. 顾聚兴. 红外. 2009(06)
[10]视场外激光对CCD成像制导武器的干扰研究[J]. 李海燕,朱敏,卢洪义. 红外与激光工程. 2009(01)
博士论文
[1]深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D]. 徐睿.中国科学技术大学 2013
[2]微型光谱仪关键技术及其应用研究[D]. 刘康.浙江大学 2013
[3]变曲率光栅的成像特性研究及相关测试技术[D]. 刘斌.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]近红外微型光谱仪关键技术研究[D]. 谢淼.电子科技大学 2016
[2]微型光谱仪的关键技术研究与实现[D]. 朱李核.浙江大学 2016
[3]微型多通道光纤光谱仪的设计与研究[D]. 王培.南京理工大学 2010
[4]基于线阵CCD的微型光谱仪的设计[D]. 余钱平.湖南大学 2010
[5]CCD图像传感器读出电路研究与设计[D]. 罗彦.电子科技大学 2009
[6]成像光谱仪信噪比研究[D]. 张文喜.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2006
本文编号：3354288
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
棱镜色散原理图
图 1-2 反射式光栅色散原理图闪耀光栅原理如图所示，光栅方程为： (ě ě ) = = 是衍射光栅的入射角，θ 是衍射光栅的衍射角，d 为衍射光栅一般称为光栅常数，m 是衍射级次，为整数。光栅的色散能力与集程度有关，一般条件下单位面积内的刻线数越多，衍射光栅的882 年美国科学家罗兰发明了高精度的刻线机开始，衍射光栅便谱仪当中。其中按衍射光栅的种类可以分为透射式衍射光栅和材料的透射率限制了透射式衍射光栅的性能，而反射式衍射光栅近全反射而保证光谱完整性，因此光谱仪中的衍射光栅一般选衍射光栅光谱仪中还可以依据光栅的形状具体分为平面衍射光面衍射光栅光谱仪。依靠衍射光栅发生色散的光路与棱镜色散
图 1-3 傅里叶红外光谱仪干涉光原理图里叶红外光谱仪使用了双光束干涉的原理，原理图中，M1 和 M2 分镜和移动反射镜，G1 和 G2 为相同的光学分束器，一般为半反半透分束器 G1 后，分成反射和透射两束光，反射光到达固定反射镜 M1，而透射光经过分束器 G2 到达移动反射镜再反射回来，这里分束器用为补偿 G1 的光程差，最终两束光线重新汇合，通过调节移动反射位置可以使得两束光发生干涉，最后干涉光照射到样品池 A 上。然变换对含有样品池 A 信息的光信号进行处理，最终可以得到红外吸中透过率或吸收率随波长或波数变化。里叶变换红外光谱仪没有使用棱镜或光栅，自身使用的光学元件较少的损耗，而且通过光的干涉使得光信号得以增强，因此最终到达探测度较大，受环境噪声影响较小，信噪比较高。但受到傅里叶变换计算处理速度依赖于计算机或芯片的性能，随着计算机技术的发展以及芯步成熟，傅里叶变换红外光谱仪逐渐占据光谱仪市场的重要位置，并
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹光谱技术在中药大黄炮制品检测中的应用研究[J]. 杨帅,左剑,刘尚建,张存林. 光谱学与光谱分析. 2016(12)
[2]X射线荧光光谱法在石油化工产品分析中的应用进展[J]. 翟磊,詹秀春. 分析试验室. 2015(04)
[3]手持式X射线荧光光谱仪在富钴结壳资源勘查中的应用[J]. 张学华,李强,黄雪华,姚会强. 岩矿测试. 2014(04)
[4]便携式近红外光谱仪器现状及展望[J]. 于新洋,卢启鹏,高洪智,彭忠琦. 光谱学与光谱分析. 2013(11)
[5]Reflectance conversion methods for the VIS/NIR imaging spectrometer aboard the Chang’E-3 lunar rover: based on ground validation experiment data[J]. Bin Liu,Jian-Zhong Liu,Guang-Liang Zhang,Zong-Cheng Ling,Jiang Zhang,Zhi-Ping He,Ben-Yong Yang,Yong-Liao Zou. Research in Astronomy and Astrophysics. 2013(07)
[6]基于FPGA的高速AD转换[J]. 贺秋实,郝国法,钱龙. 电子设计工程. 2012(08)
[7]空间遥感相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置[J]. 薛旭成,石俊霞,吕恒毅,马天波,郭永飞. 光学精密工程. 2011(04)
[8]X射线荧光光谱分析稀土的研究进展[J]. 吴文琪,许涛,郝茜,王强,张淑杰,赵长玉. 冶金分析. 2011(03)
[9]傅里叶变换红外光谱仪[J]. 顾聚兴. 红外. 2009(06)
[10]视场外激光对CCD成像制导武器的干扰研究[J]. 李海燕,朱敏,卢洪义. 红外与激光工程. 2009(01)
博士论文
[1]深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D]. 徐睿.中国科学技术大学 2013
[2]微型光谱仪关键技术及其应用研究[D]. 刘康.浙江大学 2013
[3]变曲率光栅的成像特性研究及相关测试技术[D]. 刘斌.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]近红外微型光谱仪关键技术研究[D]. 谢淼.电子科技大学 2016
[2]微型光谱仪的关键技术研究与实现[D]. 朱李核.浙江大学 2016
[3]微型多通道光纤光谱仪的设计与研究[D]. 王培.南京理工大学 2010
[4]基于线阵CCD的微型光谱仪的设计[D]. 余钱平.湖南大学 2010
[5]CCD图像传感器读出电路研究与设计[D]. 罗彦.电子科技大学 2009
[6]成像光谱仪信噪比研究[D]. 张文喜.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2006
本文编号：3354288
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