專利名稱：嵌入式光電光譜分析儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及嵌入式光電光譜分析儀。
背景技術：
隨著光電技術的不斷發展以及人們對光電器件產品的不斷開發 與完善，光電產品的應用越來越深入到人們的日常生活中，光電探測 器件例如光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻、光電池等廣泛應用于 軍用、民用、工業、科研和醫學等領域。而光電光譜特性是評價光電 探測器件性能的重要特性指標，只有了解了相應光電探測器件的屬性， 才能使其在各個領域內更好的應用與發展。同時，伴隨著這些基礎光 電探測器件的普及，在認識和學習光電理論的教學中，人們更加重視 對光電探測器件的光電特性及光譜特性的真正意義，而不是僅僅局限 于書本上公式和曲線坐標的描述。利用電學知識和光學常識通過實驗 真切清晰地觀測光電光譜特性顯示出了相當的必要性，研究、測量光 電器件的光電特性及光譜特性，給出光電器件質量的科學評價，對光 電器件設計及應用具有極其重要的意義。近年來，如何用一種簡便、 精確、實用的方法測量、評價光電探測器件的光電光譜特性，已經成 為值得從事光電器件生產的公司和研究光電器件的工作者們迸行深 入研究的光電特性一項重要課題。然而，傳統光電探測器件的光電光 譜測量方法都由光電器件的生產公司自行設計電路獨自測量，同時市 場上也出現了一些測試產品，雖然應用得相似的測量原理，但測試對象大都不是光電探測器件本身，而且比較笨重。所以一種完全針對測 量光電探測器件的光電光譜特性的儀器對進行光電器件的質量監控 及輔助設計等具有十分重要的意義。
光電探測器件光電光譜特性理論已經相當成熟，將這一理論依據
應用于測試儀器在國內已經不是少數。賽凡光電的光電儀器系列E-0 Instruments利用物質的光譜與其內部成分、結構、運動狀態或表面 狀態的直接對應的關系，通過光譜測量就能獲取物質內、外信息，在 獲取光譜特性的過程中雖然用到了相應的光電探測器件,但儀器針對 的是不同物質材料的光譜分析。針對光電特性測量的CSY-GLGD01光 電特性綜合實驗臺囊括了不同光電器件特性實驗和光學演示實驗，主 要面向教學應用。
以上兩種產品雖然都基于光電光譜特性，但針對領域各不相同， 前者旨在測量光源或不同物質光譜特性，后者雖然涉及范圍很廣，其 中包括了光電器件的光電光譜特性實驗，但試驗臺笨重且基于教學的 理論研究，不適用于對專門光電探測器件的特性檢測。當要求對光電 探測器件的專門檢測精度時，以上兩種儀器顯然不適合，而且不易攜 帶。(參考文獻朱輝光電特性綜合測試實驗系統研究)
發明內容
為了解決己有技術存在的問題，本發明提供了便攜式一體化的光 電光譜分析儀的測量裝置。
如附圖1所示，本發明提供了嵌入式光電光譜分析儀包括光學單 元和電子單元；所述的光學單元包括光源3、凹面鏡4、光柵5和凹面鏡6;
所述的電子單元包括步進電9、光電探測器件12、電機驅動單元 13、數字開關14、信號放大單元15、 A/D轉換器16、單片機控制器 17、嵌入式處理器-ARM918和液晶觸摸屏19;
所述的嵌入式處理器-ARM9 18安裝有WINCE操作系統，該嵌 入式光電光譜分析儀的運行程序存儲在嵌入式處理器-ARM9 18中， 其程序流程圖如圖2所示；
所述的光源3發出的光束經過入射狹縫入射到凹面鏡4，凹面鏡 4將光束反射到光柵5上；光柵5固接于底座10上面，步進電機9 固接于該底座10下面，磁鋼11固定在步進電機9上；所述的嵌入式 處理器-ARM9 18通過運行程序發指令給電機驅動單13控制步進電 機9轉動，步進電機9轉動帶動磁鋼11、底座10及其上面的光柵5 轉動；
限位開關7、限位開關8實質為霍爾開關，通過感應磁鋼11的 磁信號來確定光柵5的轉動角度和初始位置及終點位置，本發明中初 始位置與終點位置的轉動角度為117度，并將感應到的磁信號轉換為 電信號回送給電子單元的嵌入式處理器-ARM9 18，嵌入式處理器 -ARM9 18控制電機驅動單元13在確定光柵5轉動到終點位置后向相 反方向轉動；周而復始；
經過光柵5分離的不同波長的光信號再通過第二個凹面鏡6匯聚 到光電探測器件12上；數字開關14開啟，信號放大單元15將所述 光電探測器件12采集的光信號放大送至A/D轉換器16，單片機控制器17控制A/D轉換器16完成數模轉換，并將數據通過串口傳輸給 嵌入式處理器-ARM9 18完成后續處理，嵌入式處理器-ARM9 18將 數據處理并在液晶觸摸屏19上顯示光電或光譜曲線。
如附圖2所示，下面介紹保存在嵌入式處理器-ARM9 18中嵌入 式光電光譜分析儀的程序流程。
在啟動開始步驟20之后，操作者進行初始化步驟21，首先進行
參數設定步驟，操作者將所選擇測量器件種類、器件分析特性、采集 樣本個數信息輸入嵌入式處理器-ARM9 18，以此樣本個數決定光柵5 每步轉動的角度，整個測量過程的總轉動角度為117度，則光柵5每 步的轉動角為117度除以樣本個數；同時，初始化步驟21還要完成 電子單元中光柵5位置的初始化，即嵌入式處理器-ARM9 18發指令 給電機驅動單元13間接控制步進電機9帶動光柵5旋轉，當光柵5 轉動到終點位置，磁鋼11發出的磁信號被限位開關8感應到并轉換 為電信號回送給電子單元的嵌入式處理器-ARM9 18，嵌入式處理器 -ARM9 18控制電機驅動單元13控制電機9帶動光柵5向相反方向轉 動，直到轉到限位開關7確定的初始位置，初始化步驟21完成；
執行步驟22，判定開始按鈕是否按下；判斷是肯定的，則進行 步驟23;判斷是否定的，則執行步驟24，繼續判斷檢測開始按鈕是 否按下，直到判斷是肯定的，進行步驟25;
進行步驟19，在電機驅動單元13控制下，步迸電機9按照參數
設定步驟選擇的采集樣本個數確定步進到的一個位置；
執行步驟24，判斷嵌入式處理器-ARM9 18串口是否有數據傳輸進來，判斷是否定的，則進行步驟24;判斷是肯定的，則進行步驟 25，處理采集數據并保存計算結果；
執行步驟26，判斷采集樣本個數是否小于預設值，判斷是肯定 的，則執行步驟23，電機驅動單元13控制步進電機9步進到一個新 的位置，光柵5轉動了一個角度，出射狹縫的光波長發生變化，光電
探測器件12采集新的光信號；判斷是否定的，則執行步驟27;
執行步驟27，進行后續的數據處理，包括嵌入式處理器-ARM9 18 進行曲線擬合，得到相應的光電或光譜特性曲線，并且顯示相應的數 據信息；
執行步驟28，把數據處理結果顯示在液晶觸摸屏19上，得到二 維光譜曲線；
執行步驟29，判斷是否退出程序，操作者若繼續新一輪的測量， 則執行步驟20按下開始測量按鈕；結束測量，執行步驟30退出。
有益效果嵌入式光電光譜分析儀測量裝置是以光電探測器件 12為被測對象，對光電探測器件12進行光電特性及光譜特性的分析 與描述，通過嵌入式處理器-ARM9 18控制單片機控制器17間接控制 數字開關14開啟，信號放大單元15將所述光電探測器件12采集的 光信號放大送至A/D轉換器16，單片機控制器17控制A/D轉換器 16完成數模轉換，并將數據通過串口傳輸給嵌入式處理器-ARM9 18， 嵌入式處理器-ARM9 18同時運行嵌入式光電光譜分析儀測量裝置執 行程序進行數據擬合和處理，得到被測光電探測器件12的光譜特性 曲線和光電特性曲線，并將結果顯示在液晶觸摸屏19上。其可以應用于教學與產品檢測。嵌入式光電光譜分析儀體積小，工作無需個人 計算機，使用方便。
圖1是嵌入式光電光譜分析儀測量裝置的系統原理框圖。
圖2是嵌入式光電光譜分析儀測量裝置軟件流程圖。
具體實施例方式
實施例1本發明嵌入式光電光譜分析儀測量裝置包括光學單 元、電子單元兩個部分；電子單元通過光電探測器件12、步進電機9 與光學單元連接；光源3發出的光束經過入射狹縫入射到凹面鏡4， 凹面鏡4將光束反射到光柵5上，光柵5用于分離不同波長的光，這 些不同波長光再通過凹面鏡6匯聚到出光狹縫；光柵5通過旋轉底座 與電子單元的步進電機9連接，電子單元的步進電9帶動旋轉底座 10轉動，同時光柵5隨之轉動，通過出光狹縫出射出不同波長的光 到電子單元的光電探測器件12上；
如附圖1所示，為嵌入式光電光譜分析儀測量裝置的系統原理框 圖。光學單元的構成由光源3、凹面鏡4、光柵5、凹面鏡6組成； 光源3發出的光束經過入射狹縫入射到凹面鏡4，凹面鏡4將光束反 射到光柵5上，光柵5用于分離不同波長的光，這些不同波長光再通 過凹面鏡6匯聚到出光狹縫，不同波長的光由電子單元的光電探測器 件12接收；電子單元的步進電機9直接固定在底座10下面，帶動底 座10轉動，實現光柵5隨之轉動，從而實現不同波長的光從出射狹 縫出射；限位開關7、限位開關8實質為霍爾開關，通過感應磁鋼ll的磁信號來確定光柵5的轉動角度和初始位置及終點位置，本發明中
初始位置與終點位置的轉動角度為117度，并將感應到的磁信號轉換 為電信號回送給電子單元的嵌入式處理器-ARM9 18，嵌入式處理器 -ARM9 18控制電機驅動單元13在確定光柵5轉動到終點位置后向相 反方向轉動；周而復始；如附圖l所示的電子單元的構成包括步進電 機9、光電探測器件12、電機驅動單元13、數字開關14、信號放大 單元15、 A/D轉換器16、單片機控制器17、嵌入式處理器-ARM9 18、 液晶觸摸屏19;所述的電機驅動單元13接收嵌入式處理器-ARM9 18 的控制命令控制步進電機9，帶動光柵5旋轉，同時光電探測器件12 采集不同波長的光信號，當數字開關14開啟，信號放大單元15將所 述光電探測器件12采集的光信號放大送至A/D轉換器16，單片機控 制器17控制A/D轉換器16完成數模轉換，并將數據通過串口傳輸 給嵌入式處理器-ARM9 18完成后續處理，嵌入式處理器-ARM9 18 將數據處理并在液晶觸摸屏19上繪制出二維曲線；
嵌入式光電光譜分析儀的執行程序保存在嵌入式處理器-ARM9 18中，嵌入式處理器-ARM9 18安裝有WINCE操作系統，所述的執 行程序的運行流程如附圖2所示；
在啟動開始步驟20之后，操作者進行初始化步驟21，首先進行
參數設定步驟，操作者將所選擇測量器件種類、器件分析特性、采集 樣本個數信息輸入嵌入式處理器-ARM9 18，以此樣本個數決定光柵5 每步轉動的角度，整個測量過程的總轉動角度為117度，則光柵5每 步的轉動角為117度除以樣本個數；同時，初始化步驟21還要完成電子單元中光柵5位置的初始化，即嵌入式處理器-ARM9 18發指令 給電機驅動單元13間接控制步進電機9帶動光柵5旋轉，當光柵5 轉動到終點位置，磁鋼11發出的磁信號被限位開關8感應到并轉換 為電信號回送給電子單元的嵌入式處理器-ARM9 18，嵌入式處理器 -ARM9 18控制電機驅動單元13控制電機9帶動光柵5向相反方向轉 動，直到轉到限位開關7確定的初始位置，初始化步驟21完成；
嵌入式處理器-ARM9 18執行步驟21，判定開始按鈕是否按下； 如果判斷是肯定的，則進行步驟23;如果判斷是否定的，則執行步 驟22，繼續判斷檢測開始按鈕是否按下，直到判斷是肯定的，進行 步驟23;
進行步驟23，在電機驅動單元13控制下，步進電機9按照參數 設定步驟選擇的采集樣本個數確定步進到一個位置后，嵌入式處理器 -ARM9 18執行步驟24，判斷嵌入式處理器-ARM9 18串口是否有數 據傳輸進來，如果判斷是否定的，則進行步驟24;如果判斷是肯定 的，則進行步驟25，處理采集數據并保存計算結果；
緊接著，嵌入式處理器-ARM9 18執行步驟26，判斷采集樣本個 數是否小于預設值，如果判斷是肯定的，則執行步驟23，電機驅動 單元13控制步進電機9步進到一個新的位置，光柵5轉動了一個角 度，出射狹縫的光波長發生變化，光電探測器件12采集新的光信號； 如果判斷是否定的，則執行步驟27;
執行步驟27，進行后續的數據處理，包括嵌入式處理器-ARM9 18 進行曲線擬合，得到相應的光電或光譜特性曲線，并且顯示相應的數據{言息；
執行步驟28，把數據處理結果顯示在液晶觸摸屏19上，包括顯 示光電或光譜曲線，顯示相應的數據結果，至此， 一次完整的光電光 譜特性分析完成。
執行步驟29，判斷是否退出程序，操作者若繼續新一輪的測量， 則執行步驟18按下開始測量按鈕，如果結束測量，則關閉程序；執 行步驟30退出。
權利要求
1、嵌入式光電光譜分析儀，其特征在于，其包括光學單元和電子單元；所述的光學單元包括光源(3)、凹面鏡(4)、光柵(5)和凹面鏡(6)；所述的電子單元包括步進電(9)、光電探測器件(12)、電機驅動單元(13)、數字開關(14)、信號放大單元(15)、A/D轉換器(16)、單片機控制器(17)、嵌入式處理器-ARM9(18)和液晶觸摸屏(19)；所述的嵌入式處理器-ARM9(18)中裝有WINCE操作系統，該嵌入式光電光譜分析儀的運行程序存儲在嵌入式處理器-ARM9(18)中；所述的光源(3)發出的光束經過入射狹縫入射到凹面鏡(4)，凹面鏡(4)將光束反射到光柵(5)上；光柵(5)固接于底座(10)上面，步進電機(9)固接于該底座(10)下面，磁鋼(11)固定在步進電機(9)上；所述的嵌入式處理器-ARM9(18)通過運行程序發指令給電機驅動單(13)控制步進電機(9)轉動，步進電機(9)轉動帶動磁鋼(11)、底座(10)及其上面的光柵(5)轉動；限位開關(7)、限位開關(8)實質為霍爾開關，通過感應磁鋼(11)的磁信號來確定光柵(5)的轉動角度和初始位置及終點位置，所述的初始位置與終點位置的轉動角度為117度，并將感應到的磁信號轉換為電信號回送給電子單元的嵌入式處理器-ARM9(18)，嵌入式處理器-ARM9(18)控制電機驅動單元(13)在確定光柵5轉動到終點位置后向相反方向轉動；周而復始；經過光柵(5)分離的不同波長的光信號再通過第二個凹面鏡(6)匯聚到光電探測器件(12)上；數字開關(14)開啟，信號放大單元(15)將所述光電探測器件(12)采集的光信號放大送至A/D轉換器(16)，單片機控制器(17)控制A/D轉換器(16)完成數模轉換，并將數據通過串口傳輸給嵌入式處理器-ARM9(18)完成后續處理，嵌入式處理器-ARM9(18)將數據處理并在液晶觸摸屏(19)上顯示光電或光譜曲線 id="icf0001" file="A2009100671950003C1.tif" wi="1" he="2" top= "89" left = "59" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>
全文摘要
本發明提供了便攜式一體化的光電光譜分析儀的測量裝置。其包括光學單元和電子單元；以光電探測器件(12)為被測對象，通過嵌入式處理器-ARM9(18)控制單片機控制器(17)進而控制數字開關(14)開啟，信號放大單元(15)將光電探測器件(12)采集的光信號放大送至A/D轉換器(16)，單片機控制器(17)控制A/D轉換器(16)完成數模轉換并將數據通過串口傳輸給嵌入式處理器-ARM9(18)，執行程序進行數據擬合和處理，得到被測光電探測器件(12)的光譜特性曲線和光電特性曲線，并將結果顯示在液晶觸摸屏(19)上。其可以應用于教學與產品檢測。其體積小，無需計算機，使用方便。
文檔編號G01M11/02GK101592694SQ20091006719
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者鵬 劉, 劉樹晶, 王小曼, 王彩霞, 影 褚, 趙海麗 申請人:長春理工大學