基于Zynq处理器与线阵CCD的便携式拉曼光谱仪系统设计

发布时间：2021-09-18 10:06

　　目前,我国存在监管检测技术不完善与设备落后的问题。拉曼光谱技术能根据光谱曲线来分析和鉴别各类物质,具有精度高、无损伤、非侵入和快速的特点,应用广泛。与传统的大型拉曼光谱仪相比,便携式拉曼光谱仪能很好的满足手持和实时性检测的需求,因而成为了当前拉曼光谱仪领域的研究热点。本文首先分析了拉曼光谱理论、便携式拉曼光谱仪系统、CCD探测器和Zynq平台等相关原理及技术,设计了基于Zynq处理器和全息光栅的交叉非对称便携式拉曼光谱仪,本文的主要工作与成果归纳如下:（1）基于全息光栅的分光光学系统设计:设计了基于全息光栅的交叉非对称式C-T分光光学系统,利用ZEMAX仿真软件验证光学系统的可行性,最后根据仿真结果通过Solidworks软件制作光谱仪的机械结构模型。（2）光谱采集系统硬件电路及驱动软件设计:通过对硬件系统的需求分析,自主设计了基于滨松S11155-2048-02长积分时间型线阵CCD相机,包含Zynq核心处理模块和CCD控制模块的电路及相关驱动软件。（3）拉曼光谱仪系统的搭建、调试与分析:首先完成线阵CCD硬件电路的调试,对CCD输出的视频信号进行调试与分析。其次搭建光谱仪分光光学系... 

【文章来源】：浙江工业大学浙江省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

定标前低压汞灯光谱

基于Zynq处理器与线阵CCD的便携式拉曼光谱仪系统设计55nm处横坐标放大之后的特征谱线，可以看出谱线宽度一半时占据了5.5个像元左右，根据光谱仪分辨率计算公式：t=mP（5-2）式中λ表示光谱仪的工作光谱范围，m为衍射次数，取值1，Pt表示CCD像素点总个数。带入本文的数据后可估算出光谱仪分辨率为0.429nm，可以定标后再确定准确的分辨率。图5-10定标前912.29nm特征谱线半高宽Figure5-10.Half-widthof912.29nmcharacteristiclinebeforecalibration根据前面光谱仪定标方法，选取5个特征谱线波长参与标定，通过数组[810.36，118]、[842.46，488]、[866.79，780]、[912.29，1360]和[922.45，1497]求得多项式系数后，即可得到拟合曲线，定标后低压汞灯的光谱曲线如图5-11所示。图5-11定标后低压汞灯光谱Figure5-11.Lowpressuremercurylampspectrumaftercalibration

基于Zynq处理器与线阵CCD的便携式拉曼光谱仪系统设计55nm处横坐标放大之后的特征谱线，可以看出谱线宽度一半时占据了5.5个像元左右，根据光谱仪分辨率计算公式：t=mP（5-2）式中λ表示光谱仪的工作光谱范围，m为衍射次数，取值1，Pt表示CCD像素点总个数。带入本文的数据后可估算出光谱仪分辨率为0.429nm，可以定标后再确定准确的分辨率。图5-10定标前912.29nm特征谱线半高宽Figure5-10.Half-widthof912.29nmcharacteristiclinebeforecalibration根据前面光谱仪定标方法，选取5个特征谱线波长参与标定，通过数组[810.36，118]、[842.46，488]、[866.79，780]、[912.29，1360]和[922.45，1497]求得多项式系数后，即可得到拟合曲线，定标后低压汞灯的光谱曲线如图5-11所示。图5-11定标后低压汞灯光谱Figure5-11.Lowpressuremercurylampspectrumaftercalibration

【参考文献】：
硕士论文
[1]手持式拉曼光谱检测装置光学系统的设计与实现[D]. 张一超.浙江工业大学 2019
[2]提高共焦拉曼光谱检测系统分辨力研究[D]. 林坤.厦门大学 2018
[3]便携式拉曼光谱仪及其自动对焦系统设计[D]. 陈劲夫.厦门大学 2018
[4]基于面阵CCD的便携式拉曼光谱仪控制系统研究[D]. 魏科宇.浙江大学 2015
[5]便携式拉曼光谱仪若干关键技术的研究[D]. 杨浩.苏州大学 2014
[6]便携式拉曼光谱仪关键技术研究[D]. 崔永胜.浙江大学 2014
[7]便携式拉曼光谱仪高精度CCD电路系统研究[D]. 尹煜.浙江大学 2014
[8]激光显微拉曼光谱仪的研究[D]. 马娜.西安电子科技大学 2007



本文编号：3399945