一種基于dsp和fpga的多路型光纖光譜儀系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用在各種場合的光譜及相關參數測量的光譜儀，特別涉及是一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統。
【背景技術】
[0002]一個世紀以來，光譜分析技術已變得多樣化，除了發射、吸收、反射、熒光、散射光譜方法外，還發展出了微分光譜、調制光譜、傅里葉變換、干涉分光儀等。
[0003]隨著光譜儀器硬件的發展，可測量的波長范圍也相應擴展，長波到毫米波，短波與軟X射線(10 nm)相連。上世紀90年代以來，一種微型結構的光纖光譜儀引起了諸多人士的關注，并在各種光譜測量及相關領域得到了廣泛應用。與傳統的大型光譜儀相t匕，微型光纖光譜儀有很多優點，如重量輕、體積小、探測速度快、可集成化等。
[0004]目前，微型光譜儀的實現可以有多種技術，常用的方法包括:采用新型濾光技術，如可調諧光纖法-珀腔(F- P);利用光纖的化學傳感特性制作光纖探針；使用微細加工結合集成光學介質光波導技術；等等，其中光纖光譜儀是微型光譜儀器的重要發展方向。
[0005]低損耗石英光纖的研制和光纖技術的引入，改變了傳統光譜儀的采光技術，使光譜探測脫離了樣品池。利用光纖探頭，可以方便地將遠距離現場樣品的光譜信號導入光譜儀器，通過將光纖探頭與光學平臺、數據采集、計算機等部件相結合，能夠形成結構較為緊湊的新型光譜儀器。90年代以來，微電子領域中的多像元光學探測器發展迅猛，如CCD陣列、光電二極管陣列等，使生產低成本掃描儀和CCD相機成為可能。使用CCD作為光譜接收器件，可以進行瞬態和弱光光譜的采集，而且不必轉動光色散元件，使儀器更加經久耐用。
[0006]光纖光譜儀系統具有模塊化和靈活性的特點，其中單通道微型光纖光譜儀測量速度非常快，可用于在線分析。根據使用對象的不同，通過采用不同的光纖探頭改變光譜測量方式，可實現一機多用，而且由于它選用了低成本的通用探測器，使得光譜儀的成本也大大降低，進一步擴展了它的應用領域。現今的光譜儀主要測量紫外、可見、近紅外、紅外波段的光譜強度，應用領域主要有顏色測量、化學成份的濃度測量、電磁輻射光譜分析、吸收和發射光譜測量、物質成分測量等。
[0007]在現有技術的光譜探測的應用研究中，例如:在生物醫療方面，經常需要對多組光譜同時進行測量，以比較相互之間的瞬態光譜變化特性。如果使用多臺光譜儀同時工作，不僅給操作帶來困難，而且會提高測量系統成本；目前的光譜探測儀能夠測量的參數范圍小，參考中國發明專利，專利號為201210103294.1，其公開了一種微孔光譜儀，包括信號處理器、精密擺桿和光纖、透鏡底座，所述信號處理器與透鏡底座連接，所述透鏡底座連接精密擺桿，所述精密擺桿連接光纖，其特征在于:所述信號處理器內設置有信號處理電路板，所述信號處理電路板外設有外殼，所述外殼上設有USB接口，所述透鏡底座設置在所述外殼上表面，所述透鏡底座上設置透鏡槽，所述透鏡槽內設置凸透鏡，所述精密擺桿設置光纖孔，所述精密擺桿下設置限位螺栓，所述光纖前端設有金屬保護頭，所述金屬保護頭插入光纖孔，所述限位螺母通過螺紋連接固定金屬保護頭。
【發明內容】
[0008]本發明就是針對上述問題，彌補現有技術的不足，提供一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統；采用多路光譜分光系統結合單一電子信號處理模塊技術，既具有單通道光譜儀結構緊湊的優點，又能實現各路光譜信號之間的實時、同步采樣處理，具有明顯技術優勢。
[0009]為實現本發明的上述目的，本發明采用如下技術方案。
[0010]本發明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統，主要包括:導光光纖、光學平臺、CCD探測器、數據采集和控制電路、計算機；其結構特點是:導光光纖將信號光導入，進入光學平臺，光學平臺進行分光處理，分光處理后聚焦在CCD探測器的感光面上，經CCD探測器接收到分光后，將光譜信號轉換為電信號輸出；輸出的電信號經過數據采集和控制電路的處理，再輸出傳送給計算機中，最后由計算機顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數據可用于各種后續的分析、處理和控制。
作為本發明的一種優選方案，本發明所述的數據采集和控制電路是由濾波放大電路、八選一模擬開關及A/D轉換器所構成，來進行對CCD探測器發出的電信號進行處理。
[0011]進一步地，所述數據采集和控制電路處理完成之后的信號經由FPGA的FIFO輸入DSP中，最后通過DSP的USB接口傳給計算機。
[0012]本發明的有益效果是。
[0013]本發明采用多個CCD作為光電探測器，以FPGA作為控制核心產生各種控制時序，能同時快速地測量多達八組的光譜信號并具有實時光譜處理能力的新型多路型光纖光譜儀；實現了新型多路型光纖光譜儀系統良好的長期穩定性、較大的信號動態范圍和較高的信噪比，適合于各種場合的光譜及相關參數測量。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統的結構框圖。
[0015]圖2是本發明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統的電路原理圖。
[0016]其中，I為導光光纖、2為光學平臺、3為CXD探測器、4為數據采集和控制電路、5為計算機。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所7K,為本發明一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統的結構框圖。圖中包括:導光光纖1、光學平臺2、CCD探測器3、數據采集和控制電路4、計算機5;導光光纖I將信號光導入，進入光學平臺2，光學平臺2進行分光處理，分光處理后聚焦在CCD探測器3的感光面上，經CCD探測器3接收到分光后，將光譜信號轉換為電信號輸出；輸出的電信號經過數據采集和控制電路4的處理，再輸出傳送給計算機5中，最后由計算機5顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數據可用于各種后續的分析、處理和控制。
[0018]本發明所述的數據采集和控制電路4是由濾波放大電路、八選一模擬開關及A/D轉換器所構成，來進行對CCD探測器3發出的電信號進行處理；所述數據采集和控制電路4處理完成之后的信號經由FPGA的FIFO輸入DSP中，最后通過DSP的USB接口傳給計算機5。
【主權項】
1.一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統，其中包括:導光光纖(1)、光學平臺(2)、CCD探測器(3)、數據采集和控制電路(4)、計算機(5);其特征在于:導光光纖(1)將信號光導入，進入光學平臺(2)，光學平臺(2)進行分光處理，分光處理后聚焦在(XD探測器(3)的感光面上，經CCD探測器(3)接收到分光后，將光譜信號轉換為電信號輸出；輸出的電信號經過數據采集和控制電路(4)的處理，再輸出傳送給計算機(5)中，最后由計算機(5)顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數據可用于各種后續的分析、處理和控制。2.根據權利要求1所述的一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統，其特征在于:所述的數據采集和控制電路(4)是由濾波放大電路、八選一模擬開關及A/D轉換器所構成，來進行對CCD探測器(3)發出的電信號進行處理。3.根據權利要求2所述的一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統，其特征在于:所述數據采集和控制電路(4)處理完成之后的信號經由FPGA的FIFO輸入DSP中，最后通過DSP的USB接口傳給計算機(5 )。
【專利摘要】一種基于DSP和FPGA的多路型光纖光譜儀系統。本發明采用多路光譜分光系統結合單一電子信號處理模塊技術,既具有單通道光譜儀結構緊湊的優點,又能實現各路光譜信號之間的實時、同步采樣處理,具有明顯技術優勢。本發明包括導光光纖、光學平臺、CCD探測器、數據采集和控制電路、計算機；其結構特點是：導光光纖將信號光導入，進入光學平臺，光學平臺進行分光處理，分光處理后聚焦在CCD探測器的感光面上，經CCD探測器接收到分光后，將光譜信號轉換為電信號輸出；輸出的電信號經過數據采集和控制電路的處理，再輸出傳送給計算機中，最后由計算機顯示出光譜圖形；所獲得的光譜數據可用于各種后續的分析、處理和控制。
【IPC分類】G01J3/28
【公開號】CN105333955
【申請號】CN201410402122
【發明人】郭洪
【申請人】郭洪
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年8月15日