基于FPGA的小型光纖光譜儀系統(tǒng)設(shè)計_江健銘

基于FPGA的小型光纖光譜儀系統(tǒng)設(shè)計_江健銘
光譜儀器是利用光的色散、吸收、散射等現(xiàn)象得到與被分 析物質(zhì)有關(guān)的光譜,從而對物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)進行分析、測量的物 理光學儀器,廣泛應(yīng)用于光輻射能量、幅頻特性及其變化規(guī)律 的研究。傳統(tǒng)的光譜儀存在著體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用環(huán)境受 限、價格昂貴等不足,不能滿足現(xiàn)場檢測、實時監(jiān)測的要求。隨 著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,新材料的應(yīng)用,儀器設(shè)備在保證測量 精度要求的前提下,便攜性成為了發(fā)展的必然趨勢。面對這一 趨勢,國外一些知名儀器廠家推出了性能好、體積小、質(zhì)量輕、 穩(wěn)定性強的光纖光譜儀,但這些光譜儀往往價格昂貴、實行技 術(shù)保護。而國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品在性能、穩(wěn)定性等方面均遠落后于國 外廠家,因此對小型光纖光譜儀的研究就有著重要的意義和必 要性。 本文以 FPGA 作為主控芯片實現(xiàn)對 CCD 掃描控制、USB 傳 輸控制及 ADC 轉(zhuǎn)換控制, 采用 C++ Builder 設(shè)計光譜儀掃描控 制軟件,用低壓汞燈光譜對軟件進行標定,同時對光纖光譜儀的 主要性能參數(shù)進行了測試。為了實現(xiàn)光譜儀的小型化,使用光纖 作為光源與光譜儀之間的信號傳輸耦合介質(zhì), 整機采用全固態(tài) 設(shè)計提高了儀器的抗振性, 內(nèi)部選用折疊 Czerny-Turner 光路, 以 CCD 作為光電傳感器件、USB 作為光譜儀與計算機的通訊 接口和對光譜儀的供電接口。所設(shè)計的光譜儀具有體積小、質(zhì) 量輕、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。