线阵CCD直读光谱仪检测与处理系统设计
发布时间：2022-02-09 14:48
作为现代检测仪器大家庭中的一员,光谱仪的出现为分析和检测物质的组成成分提供了一个新的途径,由于其自身所拥有的诸如,检测速度快,检测结果可靠性高,可重复性好等优点已被广泛应用于现代生产生活的各个领域。但以传统技术生产的光谱仪由于设计基础的不同和当时技术的局限存在一些基础性的不足,在应用中普遍存在体积过于庞大,与计算机技术结合不够紧密,测量精度有待进一步提高的问题。而线阵CCD（图像传感器）作为光谱仪的检测器件并连络当代电子技术的新一代光谱仪管理了以前很难克服的难题,为光谱仪的在检测范围的进一步应用供给了更大的成长空间。基于现代光学技术及计算机技术本文提出了一种应用CCD半导体器件作为感光元件的新型光谱仪设计思路。文中首先介绍了直读光谱仪的在海内外的生长情况及应用道理。对半导体元件作为新型光谱仪的核心光感器进行了探索研究,并尝试在电路设计部分引入技术比较成熟的处理器为焦点的嵌入式计算机系统连系ILX554B（驱动电路）构成一个完整的光学检测系统。本文首先介绍了光谱仪的发展历程和时代背景,对光学设备的一些基本理论进行了介绍,对CCD光学图像传感器的工作原理和基本原理进行了介绍。通过将现代光学...
【文章来源】：东北大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１光谱测量系统??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??
构成ＣＣＤ最基本的平元也就是金属—－誠化物＿—?＇丨／：？导体场效丨、；／：品休哲（Ｍｅｔａｌ?Ｏｘｉｄｅ??Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，?ＭＯＳ）。ＣＣＤ的光敏平元是ｌＵ佶号的产４？：和存储单元，光敏中？元Ｍ坫础的??构成是金属氧化物半导体结构（ＭＯＳ结构），ＣＣＤ的ＭＯＳ结构如图２．２，通常以Ｐ型招：??材料制作为衬底，在衬底丨：形成械化过的ｓｉ〇２＾化接，栅电极是在ｓｉ〇２Ｍ上沉枳？而金??域铝，并将…偏置电乐放在衬底和金属电极间，匀光照到ＣＣＤ光敏时，电子空穴对就在??Ｐ型础材料衬底屮产生了，而带正屯荷的空穴足在栅极电压的作用被排斥，而作为少数载??流子的光电了？则被收集。??金厲层??丫??ＪｒｎｍＬｍｍ?．，?氧化物层??Ｓｉ〇２??－－Ｐ型硅衬底??＇?Ｌ??阳２．２?ＣＣＤ的ＭＯＳ结构??Ｉ：ｉｇ．２．２?ＭＯＳ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＣＣＤ??２．３．１电荷转换注入到输出??２．３．１．１电荷转换注入??ＣＣＤ传感器注入电荷有两种方式ｌｌＵ２１，?？种为迎过光线照射获得，另？种方式是通??过电流的形式注入获得。通过将光佶号转化为屯荷之Ｍ，屯砬氺能被汴入。光线照射获??得的就是３光线照射到感光件ＣＣＤ上吋，在硅半导体器件（感光度非常高的半导体材??料）的内部就会产生？对电子空穴
响）、Ｖ：度也被称为灵敏度（Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ，?Ｒ）足指即在＂ｊ娘得巾．位倍９丨，＇彳息的Ｍ时所消??耗的有效光通量｜１８＇１９１。我们可以把它理解为是一种电压与单位光通量的抑制比例关系，??在图２．４中可以反映出来。??灵敏度反映丫?ＣＣＤ在接收到微小电信号的吋候所作出反成快慢的能力换，７之就足其??输出转化能力的大小。由半导休制成的这种光感传感器，它所表现出的光学性质与同样??采用硅元素制成的硅靶摄像管相似，在同样量级单位下产生的信号强度与曝光ｆｔ恒定成??比例。在图２．４中曝光Ｍ用Ｘ轴代农，信号输出用Ｙ轴代表，以得出对应的特ｎ曲线??用Ｋ式表示：??ｙ?＝?ｃｏｃｒ?＋?ｂ?（２．１?）??（ｒＶ??！?Ｓ／ＩＴ??１?ｉ、ＫＪ：??ｓ?丨：??图２．４?ＣＣＤ光电转换特ｔ生??Ｆｉｇ．２．４?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｔｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]线阵CCD光谱测量系统的驱动电路设计[J]. 邹兴伟. 传感器世界. 2014(09)
[2]ICP发射光谱仪测六种元素检出限测量结果不确定度分析[J]. 田艳茹. 计量与测试技术. 2009(06)
[3]光栅光谱仪入射与出射狭缝宽度对测量谱线线宽影响研究[J]. 杨晓冬,李正灯,李惠玲,周杰,钟远聪. 嘉应学院学报. 2008(06)
[4]CCD致冷技术在小型光谱仪降噪中的应用[J]. 陈芳,孙利群,章恩耀. 应用光学. 2008(06)
[5]用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅的模拟与设计[J]. 向贤毅,温志渝. 光谱学与光谱分析. 2008(07)
[6]分析化学中检出限和测定下限的探讨[J]. 田强兵. 化学分析计量. 2007(03)
[7]增强CCD紫外和极紫外成像的荧光物质的研究[J]. 王丽辉,王孝坤,陈波. 光学技术. 2006(S1)
[8]多道光谱检测中CCD响应曲线的校正[J]. 陈文芗. 分析仪器. 2004(04)
[9]光学多通道分析仪的分辨率分析[J]. 于常青,刘杰,李家泽. 光学技术. 2001(02)
[10]波长色散X射线荧光光谱仪的性能测试方法介绍[J]. 应晓浒,张卫星,陈晓东. 光谱实验室. 2000(03)
硕士论文
[1]新型直读光谱仪的开发[D]. 孙兰海.天津大学 2007
[2]固体表面荧光-CCD数码成像法在快速检测鱼肉中四环素类抗生素残留中的应用研究[D]. 孙小颖.厦门大学 2006
[3]钨丝电热原子发射光谱和电热蒸发原子荧光光谱分析法[D]. 吴鹏.四川大学 2006
本文编号：3617199
【文章来源】：东北大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１光谱测量系统??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??
构成ＣＣＤ最基本的平元也就是金属—－誠化物＿—?＇丨／：？导体场效丨、；／：品休哲（Ｍｅｔａｌ?Ｏｘｉｄｅ??Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，?ＭＯＳ）。ＣＣＤ的光敏平元是ｌＵ佶号的产４？：和存储单元，光敏中？元Ｍ坫础的??构成是金属氧化物半导体结构（ＭＯＳ结构），ＣＣＤ的ＭＯＳ结构如图２．２，通常以Ｐ型招：??材料制作为衬底，在衬底丨：形成械化过的ｓｉ〇２＾化接，栅电极是在ｓｉ〇２Ｍ上沉枳？而金??域铝，并将…偏置电乐放在衬底和金属电极间，匀光照到ＣＣＤ光敏时，电子空穴对就在??Ｐ型础材料衬底屮产生了，而带正屯荷的空穴足在栅极电压的作用被排斥，而作为少数载??流子的光电了？则被收集。??金厲层??丫??ＪｒｎｍＬｍｍ?．，?氧化物层??Ｓｉ〇２??－－Ｐ型硅衬底??＇?Ｌ??阳２．２?ＣＣＤ的ＭＯＳ结构??Ｉ：ｉｇ．２．２?ＭＯＳ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＣＣＤ??２．３．１电荷转换注入到输出??２．３．１．１电荷转换注入??ＣＣＤ传感器注入电荷有两种方式ｌｌＵ２１，?？种为迎过光线照射获得，另？种方式是通??过电流的形式注入获得。通过将光佶号转化为屯荷之Ｍ，屯砬氺能被汴入。光线照射获??得的就是３光线照射到感光件ＣＣＤ上吋，在硅半导体器件（感光度非常高的半导体材??料）的内部就会产生？对电子空穴
响）、Ｖ：度也被称为灵敏度（Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ，?Ｒ）足指即在＂ｊ娘得巾．位倍９丨，＇彳息的Ｍ时所消??耗的有效光通量｜１８＇１９１。我们可以把它理解为是一种电压与单位光通量的抑制比例关系，??在图２．４中可以反映出来。??灵敏度反映丫?ＣＣＤ在接收到微小电信号的吋候所作出反成快慢的能力换，７之就足其??输出转化能力的大小。由半导休制成的这种光感传感器，它所表现出的光学性质与同样??采用硅元素制成的硅靶摄像管相似，在同样量级单位下产生的信号强度与曝光ｆｔ恒定成??比例。在图２．４中曝光Ｍ用Ｘ轴代农，信号输出用Ｙ轴代表，以得出对应的特ｎ曲线??用Ｋ式表示：??ｙ?＝?ｃｏｃｒ?＋?ｂ?（２．１?）??（ｒＶ??！?Ｓ／ＩＴ??１?ｉ、ＫＪ：??ｓ?丨：??图２．４?ＣＣＤ光电转换特ｔ生??Ｆｉｇ．２．４?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｔｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]线阵CCD光谱测量系统的驱动电路设计[J]. 邹兴伟. 传感器世界. 2014(09)
[2]ICP发射光谱仪测六种元素检出限测量结果不确定度分析[J]. 田艳茹. 计量与测试技术. 2009(06)
[3]光栅光谱仪入射与出射狭缝宽度对测量谱线线宽影响研究[J]. 杨晓冬,李正灯,李惠玲,周杰,钟远聪. 嘉应学院学报. 2008(06)
[4]CCD致冷技术在小型光谱仪降噪中的应用[J]. 陈芳,孙利群,章恩耀. 应用光学. 2008(06)
[5]用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅的模拟与设计[J]. 向贤毅,温志渝. 光谱学与光谱分析. 2008(07)
[6]分析化学中检出限和测定下限的探讨[J]. 田强兵. 化学分析计量. 2007(03)
[7]增强CCD紫外和极紫外成像的荧光物质的研究[J]. 王丽辉,王孝坤,陈波. 光学技术. 2006(S1)
[8]多道光谱检测中CCD响应曲线的校正[J]. 陈文芗. 分析仪器. 2004(04)
[9]光学多通道分析仪的分辨率分析[J]. 于常青,刘杰,李家泽. 光学技术. 2001(02)
[10]波长色散X射线荧光光谱仪的性能测试方法介绍[J]. 应晓浒,张卫星,陈晓东. 光谱实验室. 2000(03)
硕士论文
[1]新型直读光谱仪的开发[D]. 孙兰海.天津大学 2007
[2]固体表面荧光-CCD数码成像法在快速检测鱼肉中四环素类抗生素残留中的应用研究[D]. 孙小颖.厦门大学 2006
[3]钨丝电热原子发射光谱和电热蒸发原子荧光光谱分析法[D]. 吴鹏.四川大学 2006
本文编号：3617199
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