基于CCD的微型光谱仪设计与研究

本文提出了一种基于CCD的微型光谱仪的系统设计方案。该方案选用CCD为光谱测量的探测器，光学系统采用折叠Czerny-Turner结构设计，大大减少了光学系统的体积；在探测系统方面，以现场可编程逻辑门阵列（FPGA）EPW7032设计了CCD驱动和信号采集系统。在FPGA上采用了片上可编程（SOPC）技术，集成了NiosII软核UART、CPU等功能模块，整个系统只用一片FPCA资源开发了CCD驱动电路、A/D采样控制电路、USB驱动电路等模块，使整个光谱仪系统的实现了单芯片控制。完成了基于USB的微型光谱仪和PC机的通讯，并使用Labview开发了光谱采集和处理软件，实现对光谱仪的光谱数据处理、光谱谱线绘制、波长定标相关功能。最后，对本文的系统进行了相关实验，实验表明：按照该方案设计的微型光谱仪能同时对多个波长进行测量，整个光谱仪的体积重量达到了设计所要求的微型化、小型化。为了使CCD探测系统能检测到较宽的光谱范围，选择3694个像素的线阵CCD作为探测器件。采用CD专用A/D转换芯片M始X1101对CCD输出信号进行相关及模数转换处理，转换后的数字信号暂时储存在FPGA中，经处理后通过USB总线传送到上位机，由应用软件完成光谱数据进一步的分析、处理和显示。FPGA作为整个系统的核心，完成了CCD驱动时序、MAX1101采样时序和FT245BM（USB）芯片脉冲控制时序。

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