[发明专利]一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用在各种场合的光谱及相关参数测量的光谱仪，特别涉及是一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪系统。

背景技术

一个世纪以来,光谱分析技术已变得多样化,除了发射、吸收、反射、荧光、散射光谱方法外,还发展出了微分光谱、调制光谱、傅里叶变换、干涉分光仪等。

随着光谱仪器硬件的发展,可测量的波长范围也相应扩展,长波到毫米波,短波与软X射线(10nm)相连。上世纪90年代以来,一种微型结构的光纤光谱仪引起了诸多人士的关注,并在各种光谱测量及相关领域得到了广泛应用。与传统的大型光谱仪相比,微型光纤光谱仪有很多优点,如重量轻、体积小、探测速度快、可集成化等。

目前,微型光谱仪的实现可以有多种技术,常用的方法包括:采用新型滤光技术,如可调谐光纤法-珀腔(F-P);利用光纤的化学传感特性制作光纤探针;使用微细加工结合集成光学介质光波导技术;等等,其中光纤光谱仪是微型光谱仪器的重要发展方向。

低损耗石英光纤的研制和光纤技术的引入,改变了传统光谱仪的采光技术,使光谱探测脱离了样品池。利用光纤探头,可以方便地将远距离现场样品的光谱信号导入光谱仪器,通过将光纤探头与光学平台、数据采集、计算机等部件相结合,能够形成结构较为紧凑的新型光谱仪器。90年代以来,微电子领域中的多像元光学探测器发展迅猛,如CCD阵列、光电二极管阵列等,使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。使用CCD作为光谱接收器件,可以进行瞬态和弱光光谱的采集,而且不必转动光色散元件,使仪器更加经久耐用。

光纤光谱仪系统具有模块化和灵活性的特点，其中单通道微型光纤光谱仪测量速度非常快,可用于在线分析。根据使用对象的不同,通过采用不同的光纤探头改变光谱测量方式,可实现一机多用，而且由于它选用了低成本的通用探测器,使得光谱仪的成本也大大降低,进一步扩展了它的应用领域。现今的光谱仪主要测量紫外、可见、近红外、红外波段的光谱强度,应用领域主要有颜色测量、化学成份的浓度测量、电磁辐射光谱分析、吸收和发射光谱测量、物质成分测量等。

在现有技术的光谱探测的应用研究中,例如：在生物医疗方面,经常需要对多组光谱同时进行测量,以比较相互之间的瞬态光谱变化特性。如果使用多台光谱仪同时工作,不仅给操作带来困难,而且会提高测量系统成本；目前的光谱探测仪能够测量的参数范围小，参考中国发明专利，专利号为201210103294.1，其公开了一种微孔光谱仪，包括信号处理器、精密摆杆和光纤、透镜底座，所述信号处理器与透镜底座连接，所述透镜底座连接精密摆杆，所述精密摆杆连接光纤，其特征在于：所述信号处理器内设置有信号处理电路板，所述信号处理电路板外设有外壳，所述外壳上设有USB接口，所述透镜底座设置在所述外壳上表面，所述透镜底座上设置透镜槽，所述透镜槽内设置凸透镜，所述精密摆杆设置光纤孔，所述精密摆杆下设置限位螺栓，所述光纤前端设有金属保护头，所述金属保护头插入光纤孔，所述限位螺母通过螺纹连接固定金属保护头。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪系统；采用多路光谱分光系统结合单一电子信号处理模块技术,既具有单通道光谱仪结构紧凑的优点,又能实现各路光谱信号之间的实时、同步采样处理,具有明显技术优势。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种基于DSP和FPGA的多路型光纤光谱仪系统，主要包括：导光光纤、光学平台、CCD探测器、数据采集和控制电路、计算机；其结构特点是：导光光纤将信号光导入，进入光学平台，光学平台进行分光处理，分光处理后聚焦在CCD探测器的感光面上，经CCD探测器接收到分光后，将光谱信号转换为电信号输出；输出的电信号经过数据采集和控制电路的处理，再输出传送给计算机中，最后由计算机显示出光谱图形；所获得的光谱数据可用于各种后续的分析、处理和控制。

作为本发明的一种优选方案，本发明所述的数据采集和控制电路是由滤波放大电路、八选一模拟开关及A/D转换器所构成，来进行对CCD探测器发出的电信号进行处理。

进一步地，所述数据采集和控制电路处理完成之后的信号经由FPGA的FIFO输入DSP中,最后通过DSP的USB接口传给计算机。

本发明的有益效果是。