基于线阵CCD的微型光谱仪设计与信号处理方法研究

发布时间：2017-09-09 02:34

  本文关键词：基于线阵CCD的微型光谱仪设计与信号处理方法研究

  更多相关文章： 微型光谱仪 线阵CCD USB 积分时间 去噪

【摘要】：光谱仪是进行光谱研究的重要装置,在物理、化学、生物、天文及医疗等领域有着广泛的应用。但是,传统光谱仪存在体积大、结构复杂、使用环境受限、价格昂贵等不足,这些因素导致人们对微型光谱仪的需求与日俱增。我国对微型光谱仪的研究起步较晚,目前我国微型光谱仪的性能、工艺质量、可靠性等与国外相比依然存在较大的差距,导致此类设备长期依赖进口。研究和开发体积小、性能高、功能全的微型光谱仪具有十分重要的意义。 本文深入研究了微型光谱仪的工作原理,设计并实现了基于线阵CCD的微型光谱仪。该系统由下位机硬件和上位机软件两部分构成,两者通过USB总线进行通信。下位机采用非对称式Czerny-Turner光学结构进行分光,使用高分辨率线阵CCD作为光探测器,提高了系统的性能。整个下位机由USB总线的5V电源供电,即插即用,不仅减小了系统的体积,而且提高了数据传输速率。 对CCD的输出信号进行信号处理是研制高质量微型光谱仪的关键,特别是对噪声的处理。本文提出了一种基于积分时间正弦调制的CCD去噪方法,能够有效滤除CCD的1/f噪声和白噪声,提高了整体性能。 本文通过对微型光谱仪软硬件的优化设计和对光谱信号的噪声处理,提高了微型光谱仪的性能。实验结果表明,该系统能够稳定可靠地完成光谱数据的采集、传输和处理。
【关键词】：微型光谱仪 线阵CCD USB 积分时间 去噪
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 光谱仪简介9
• 1.2 微型光谱仪的国内外研究现状9-11
• 1.3 本文的研究意义和内容11-12
• 1.4 本文的组织结构12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 微型光谱仪的原理14-24
• 2.1 微型光谱仪的原理和结构14
• 2.2 光学系统14-21
• 2.2.1 棱镜分光15-16
• 2.2.2 光栅分光16-19
• 2.2.3 傅里叶变换分光19-21
• 2.3 光探测器21-23
• 2.3.1 CCD21-22
• 2.3.2 InSb传感器22
• 2.3.3 HgCdTe传感器22-23
• 2.3.4 InGaAs传感器23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 微型光谱仪的软硬件设计24-46
• 3.1 总体结构24
• 3.2 下位机设计24-33
• 3.2.1 Czerny-Turner光路24-26
• 3.2.2 CCD模块26-27
• 3.2.3 AD模块27-29
• 3.2.4 单片机模块29-30
• 3.2.5 CPLD模块30-31
• 3.2.6 电源模块31-33
• 3.3 上位机设计33-37
• 3.3.1 C++与MFC33-34
• 3.3.2 上位机软件34-37
• 3.4 USB通信37-44
• 3.4.1 USB简介37-38
• 3.4.2 USB下位机程序开发38-40
• 3.4.3 USB驱动程序开发40-44
• 3.4.4 USB上位机程序开发44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 基于积分时间正弦调制的CCD去噪方法研究46-59
• 4.1 CCD的噪声来源46-47
• 4.2 基于低通滤波的CCD去噪方法47-48
• 4.3 基于积分时间正弦调制的带通滤波去噪方法48-51
• 4.3.1 积分时间正弦调制的基本思想48-49
• 4.3.2 基于积分时间正弦调制的带通滤波法49-51
• 4.4 仿真与分析51-58
• 4.4.1 1/f噪声的产生51-52
• 4.4.2 仿真信号的产生52-55
• 4.4.3 仿真结果与分析55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 实验与分析59-65
• 5.1 系统展示59-60
• 5.2 波长定标60
• 5.3 系统测试与分析60-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 总结与展望65-67
• 6.1 课题研究总结65
• 6.2 课题研究展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 研究生期间的科研成果71

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李华;USB仪器将成测量仪器主流[J];国外电子测量技术;2005年10期

2 杨柳;杨一栋;王新华;;基于USB的波分复用光传飞行控制系统的开发[J];光通信技术;2006年09期

3 SteveKolokowsky;TrevorDavis;;深入了解USB电源规范[J];电子测试;2006年11期

4 张昌青;郑浩;马跃洲;;基于USB的电阻点焊数据采集系统设计[J];兰州理工大学学报;2009年05期

5 蒋承延;贾fE;;基于USB的嵌入式远程视频监控系统设计[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2009年06期

6 张媛媛,温阳东;基于USB接口的变电站自动化系统中通信控制器的设计[J];安徽大学学报(自然科学版);2003年04期

7 马洪刚,沈林勇,吴家麒,钱晋武;基于USB接口的多通道数据采集卡的设计及其在医疗仪器上的应用[J];机电工程;2004年06期

8 ;赛普拉斯公司推出下一代低速USB微控制器,旨在缩减元件数量、设计时间和系统成本[J];电子与电脑;2005年03期

9 贾培武;;关于USB接口的三个问题[J];家电检修技术;2005年20期

10 蒋吉明;白云燕;;嵌入式系统中USB接口的设计与实现[J];仪表技术;2006年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 荣昊亮;李旦;俞承芳;;基于USB接口的远程数据采集系统[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年

2 张飞鹏;冯初刚;黄s，

本文编号：817794