[发明专利]提高DMD哈达玛变换光谱仪编码效率的电学结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高DMD哈达玛变换光谱仪编码效率的电学结构，属于光电仪器制造技术领域。

背景技术

哈达玛变换光谱仪同傅里叶变换光谱仪一样，是一种新型的数字变换光谱仪。由于DMD分光器件的引入使得哈达玛编码变得灵活多变，易于编程控制。DMD空间光调制器包含大量微小独立的活动镜片，这些镜片受电路控制能够引导光线射向两条不同的路径，完成对光谱的数字化编码控制。国内外许多专家学者对DMD哈达玛变换光谱进行了研究。在国内，主要进行研制的有西安光机所的成像光谱仪，重庆大学的光谱仪。哈达变换光谱仪的编码过程是每产生一个编码条纹，对光谱编码一次，采集一次数据。现有技术通用的哈达玛变换光谱仪都是通过上位机进行编码条纹下载，编码控制，数据采集等，同时探测器的放大电路采用锁相放大电路。这样由于上位机和下位机通讯的时间瓶颈，锁相放大电路所用时间等因素。使得哈达玛变换光谱仪的编码、采集时间漫长，255阶哈达玛变换光谱仪的编码要耗时几分钟，不能满足大量、实时的测量，实用性大大降低；与此同时，此种结构对上位机的依赖比较大，控制过程复杂，上位机与光谱仪的接口多，给室外等恶劣环境中使用带来不便。

发明内容

为了解决现有技术哈达玛变换光谱仪的编码、采集时间非常长，不能满足大量、实时的测量的问题，本发明提供一种提高DMD哈达玛变换光谱仪编码效率的电学结构。该电学结构采用下位机编程，将光谱仪的编码、采集程序写到主控制板和DMD控制板上；同时将编码条纹提前烧写到DMD控制板板载FLASH上；通过DMD的内同步信号触发探测器采集数据；探测器信号采用直流放大方式。

本发明的技术方案是：

提高DMD哈达玛变换光谱仪编码效率的电学结构，包括主控制板和DMD控制板，

主控制板由Cortex-M3芯片、ADC芯片、放大电路和探测器组成；DMD控制板由可编程的FPGA、高速板载DDR2内存、大容量FLASH、DAD和DMD组成；

在工作之前先利用计算机控制FPGA将哈达玛编码条纹数据预存到FLASH中；工作时计算机与Cortex-M3芯片通信，Cortex-M3芯片通过RS-232给FPGA发送开始编码的命令；FPGA接收到Cortex-M3芯片的命令后，首先读取FLASH中255帧编码条纹数据到DDR2内存中，然后通过DAD驱动DMD播放编码条纹，对光谱进行编码；当DMD稳定后，FPGA会发送一个同步信号触发Cortex-M3芯片对光谱信号进行采集，首先将探测器采集到的信号通过直流放大电路进行放大，然后通过ADC芯片进行转换得到数字信号，最后将测得的信号存放在Cortex-M3芯片中的寄存器上，每采集到一个信号后判定编码是否完成，如果没有完成，播放下一帧编码条纹对光谱进行编码并继续采集；当编码完成后，用计算机读取Cortex-M3芯片中寄存器上的数据进行解码。

本发明的有益效果：该结构提高了光谱仪的采集帧频，对255阶的哈达玛编码由原来的几分钟缩短到不足一秒，使哈达玛变换光谱仪的大量、实时的测量成为现实；应用过程中需要上位机参与的控制很少，上位机与光谱仪的接口只有一条USB2.0的数据线，其它控制步骤都集成到两个控制板上，为光谱仪脱离上位机使用奠定了基础。

附图说明

图1：本发明提高DMD哈达玛变换光谱仪编码效率的电学结构示意图。

图2：本发明提高DMD哈达玛变换光谱仪编码效率的电学结构工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，主控制板由Cortex-M3芯片1、ADC芯片2、放大电路3和探测器4组成；DMD控制板由可编程的FPGA6、高速板载DDR2内存5、大容量FLASH7、DAD8和DMD9组成。

Cortex-M3芯片1集成了控制光谱仪各个元件的代码并且可以存储光谱数据。Cortex-M3芯片1有三个作用：①可以由USB数据线同上位机进行通信；②通过RS-232与FPGA6进行通信；③控制光谱探测系统采集数据到寄存器上。

ADC芯片2、放大电路3和探测器4构成光谱探测系统。

ADC芯片2为模数转换器，将模拟信号转换为数字信号。

放大电路3采用直流放大，提高采集速度。

探测器4采集光谱信号。

DDR2内存5用于缓存哈达玛编码条纹。

FPGA6有四个作用：①向FLASH7中烧写编码条纹；②读编码条纹到DDR2内存5中；③与Cortex-M3芯片1进行通信；④对DMD9和DAD8进行核心驱动控制。