發(fā)布時間：2022-02-19 22:11

　　光譜儀是光譜檢測技術(shù)中的核心儀器。使用它,通過對光譜的測量分析來完成對物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)等的測量。該測量裝置具有測量速度快,精度高,無損測量等優(yōu)點,已經(jīng)廣泛應用于材料化學,石油化工,光學檢測,天文研究,環(huán)境檢測,航空航天等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的光譜儀器,體積大、價格昂貴,應用范圍局限在科研機構(gòu)實驗室中。近年來,因為生物醫(yī)學和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)領(lǐng)域存在廣泛的需求,急切需要分析儀器朝著微型化,智能化發(fā)展。光纖光譜儀的出現(xiàn)很好的滿足這些領(lǐng)域?qū)庾V探測的需求,拓寬了光譜分析儀器的應用場景,基于光纖光譜儀的其他儀器也得以快速發(fā)展。相比線陣CCD,面陣CCD對光譜響應的靈敏度更高,非常適合要求高量子效率的應用,例如:農(nóng)藥殘留檢測、DNA檢測、熒光檢測和拉曼光譜檢測等領(lǐng)域。因此,研發(fā)基于面陣CCD的高靈敏度光纖光譜儀能夠拓寬光譜儀的應用范圍,具有重要的實際意義。根據(jù)設(shè)計要求,結(jié)合微型光纖光譜儀的設(shè)計原理,論文提出了具體的方案。本次設(shè)計中采用日本濱松公司的背照式面陣CCD S11510-1106作為探測器件,光學系統(tǒng)采用了優(yōu)化的交叉非對稱型Czerny-Turner結(jié)構(gòu)獲得1nm的光學分辨率。在硬件系統(tǒng)的設(shè)計中,采用DC-... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究目的與意義
    1.2 課題研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀
    1.3 課題研究目標
    1.4 課題研究內(nèi)容
    1.5 論文的基本結(jié)構(gòu)
第二章 高靈敏度光纖光譜儀系統(tǒng)方案設(shè)計
    2.1 整體方案設(shè)計
    2.2 光學系統(tǒng)設(shè)計
    2.3 光譜數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸系統(tǒng)
    2.4 主要芯片選取
        2.4.1 光譜探測器件選取
        2.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選擇
        2.4.3 時序驅(qū)動芯片選擇
        2.4.4 主控芯片選擇
第三章 高靈敏度光纖光譜儀硬件電路的設(shè)計
    3.1 面陣CCD驅(qū)動時序設(shè)計
        3.1.1 CPLD簡介
        3.1.2 EPM7064AE
    3.2 CCD驅(qū)動信號功率放大與電平轉(zhuǎn)換
        3.2.1 驅(qū)動時序信號功率放大
        3.2.2 驅(qū)動時序信號電平轉(zhuǎn)換
    3.3 CCD信號前端處理與AD轉(zhuǎn)換
        3.3.1 雙相關(guān)采樣
        3.3.2 增益與基線調(diào)整
        3.3.3 AD轉(zhuǎn)換
    3.4 數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計
        3.4.1 存儲芯片的介紹和工作模式選擇
    3.5 RS232通訊模塊設(shè)計
    3.6 電源系統(tǒng)設(shè)計
        3.6.1 系統(tǒng)電源需求分析
        3.6.2 DC-DC 和 LDO 工作原理
        3.6.3 系統(tǒng)電源方案設(shè)計
    3.7 PCB設(shè)計
第四章 驅(qū)動系統(tǒng)軟件設(shè)計
    4.1 CPLD程序設(shè)計
        4.1.1 Verilog 語言簡介
        4.1.2 CPLD開發(fā)環(huán)境簡介
        4.1.3 CPLD時序設(shè)計
            4.1.3.1 70進制計數(shù)器
            4.1.3.2 可預置數(shù)的2位二進制計數(shù)器
            4.1.3.3 13位地址計數(shù)器
    4.2 STM32固件程序設(shè)計
        4.2.1 STM32F103VB 介紹
        4.2.2 STM32F103軟件開發(fā)平臺
    4.3 STM32控制流程
    4.4 STM32F103VB 與 PC 之間的 USB 通信
第五章 光譜儀樣機組裝及配套測量光源的研制
    5.1 光譜儀樣機組裝
    5.2 配套測量附件的研制
        5.2.1 光源系統(tǒng)構(gòu)成
        5.2.2 恒壓驅(qū)動模塊
        5.2.3 復合光源光路設(shè)計
        5.2.4 實驗結(jié)果與討論
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究成果
    6.2 本次設(shè)計的不足和未來的研究方向
參考文獻
致謝
攻讀學位期間參加的科研項目和成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]交叉非對稱型Czerny-Turner光譜儀光學系統(tǒng)設(shè)計[J]. 夏果,吳骕,黃禪,胡明勇,金施群.  光子學報. 2017(04)
[2]高頻信號動態(tài)測試中的信號完整性分析[J]. 謝銳,裴東興,姚琴琴.  儀器儀表學報. 2017(03)
[3]基于STM32和CPLD的小型化近紫外CCD光譜儀[J]. 李學青,王雙保,王林月.  儀表技術(shù)與傳感器. 2016(02)
[4]光柵光譜儀光路結(jié)構(gòu)的設(shè)計[J]. 陳至坤,王淑香,王玉田,王福斌.  應用光學. 2015(05)
[5]光柵光譜儀光譜響應誤差校正[J]. 施建華,伏思華,謝文科.  中國光學. 2014(03)
[6]高分辨率中階梯光柵光譜儀精確裝調(diào)與標定[J]. 陳少杰,崔繼承,劉玉娟,巴音賀希格,唐玉國.  光譜學與光譜分析. 2012(08)
[7]一種微型光纖光譜儀的研制及其性能測試[J]. 謝煒,裘燕青.  中國計量學院學報. 2012(02)
[8]光柵光譜儀的標定[J]. 陳思,柯福順,樂永康.  物理實驗. 2012(03)
[9]寬光譜Czerny-Turner光譜儀中的彗差與分辨率[J]. 陳譚軒,楊懷棟,陳科新,譚峭峰,金國藩.  光譜學與光譜分析. 2010(06)
[10]PCB電磁兼容設(shè)計原則及其實例分析[J]. 王芳.  印制電路信息. 2010(06)

博士論文
[1]開關(guān)電源DC/DC變換器電路參數(shù)及新拓撲研究[D]. 袁臣虎.天津大學 2012
[2]微型光譜儀系統(tǒng)的研究及其應用[D]. 程梁.浙江大學 2008

碩士論文
[1]CCD光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究[D]. 黃敏超.江南大學 2015
[2]基于STM32的微型光纖光譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[D]. 楊浩.浙江工業(yè)大學 2013
[3]基于STM32單片機的光譜儀數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)[D]. 魏旭可.中國海洋大學 2012
[4]微型光纖光譜儀的探測接收系統(tǒng)設(shè)計[D]. 楊洋.浙江工業(yè)大學 2011
[5]高速面陣CCD圖像數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[D]. 饒大偉.吉林大學 2010
[6]基于FPGA的微型光譜儀探測系統(tǒng)的研制[D]. 戴笠.湖南大學 2009
[7]開關(guān)電源-DC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計[D]. 朱志勇.電子科技大學 2009



本文編號：3633710