本文關(guān)鍵詞：基于面陣CCD的便攜式拉曼光譜儀控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：拉曼光譜反映了分子的特征結(jié)構(gòu),廣泛應(yīng)用于各種分子物質(zhì)的鑒別。拉曼散射光的強(qiáng)度很弱,一般只有激發(fā)光的10-6到10-12倍。隨著SERS技術(shù)以及SHINERS技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展,拉曼光譜信號強(qiáng)度得到顯著增強(qiáng)。以此項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ),便攜式拉曼光譜儀將在危險(xiǎn)品檢測、藥物檢測、質(zhì)量控制等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合SERS及SHINERS技術(shù),并根據(jù)拉曼光譜特點(diǎn)設(shè)計(jì)了便攜式拉曼光譜儀主控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括CCD采集單元、激光光源單元及基于FPGA的主控單元。本文實(shí)現(xiàn)了近紅外增強(qiáng)型低噪聲面陣CCD驅(qū)動(dòng)方案以及窄線寬激光器驅(qū)動(dòng)方案,并完成了基于FPGA的主控系統(tǒng),包括CCD的時(shí)序設(shè)計(jì)及基于NIOS的控制程序設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)并完成了穩(wěn)定輸出的窄線寬激光光源及低噪聲高動(dòng)態(tài)范圍CCD光譜采集系統(tǒng)。1.設(shè)計(jì)并完成一種基于LML-785.0BF-22激光二極管的拉曼光譜儀激發(fā)光源,實(shí)現(xiàn)了激光器相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路及控制程序設(shè)計(jì),得到近紅外窄線寬高功率穩(wěn)定輸出的激光光源。2.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于濱松公司近紅外增強(qiáng)型面陣CCDS11510-1106作為光譜儀感光器件的光譜采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)及時(shí)序驅(qū)動(dòng),提出一種通過控制時(shí)序驅(qū)動(dòng)使面陣CCD工作在4binning模式,從而得到低噪聲高動(dòng)態(tài)范圍的面陣CCD采集系統(tǒng)。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該CCD使用4binning模式能夠得到精度為16bit、動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)28,000、信噪比800：1、最長積分時(shí)間400S的高精度面陣CCD光譜采集系統(tǒng)。3.基于已實(shí)現(xiàn)的激光光源單元及CCD單元,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于FPGA的拉曼光譜儀控制方案,并通過USB2.0模塊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。該拉曼光譜儀整機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試及實(shí)驗(yàn),能夠穩(wěn)定的對拉曼光譜信號進(jìn)行測量,并擁有高動(dòng)態(tài)范圍及信噪比,同時(shí)體積小,操作簡單,適用于現(xiàn)場檢測、藥品檢測、現(xiàn)場非接觸式取證分析等領(lǐng)域。論文最后對全文工作進(jìn)行總結(jié)并對有待改進(jìn)的地方提出展望。
【關(guān)鍵詞】：便攜式拉曼光譜儀 SERS SHINERS 激光器LML-785.0BF-22 面陣CCD S11510-1106 FPGA主控 電路設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 發(fā)展現(xiàn)狀11-15
• 1.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.2 本論文的研究內(nèi)容及研究意義15-16
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)框架16-17
• 第二章 拉曼光譜儀系統(tǒng)介紹17-25
• 2.1 拉曼光譜理論17-19
• 2.1.1 拉曼散射機(jī)理17-18
• 2.1.2 SERS拉曼光譜增強(qiáng)技術(shù)18-19
• 2.2 拉曼光譜儀激光光源19-21
• 2.3 光譜采集系統(tǒng)21-24
• 2.3.1 光路系統(tǒng)21-22
• 2.3.2 CCD采集系統(tǒng)22-24
• 2.3.3 光譜儀驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 拉曼光譜儀電路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)25-41
• 3.1 激光器驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-30
• 3.1.1 激光驅(qū)動(dòng)電路及溫控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)25-29
• 3.1.2 激光驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)29-30
• 3.2 CCD采集驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)30-35
• 3.2.2 面陣S11510-1106介紹31-32
• 3.2.3 CCD驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)32-34
• 3.2.4 CCD致冷電路設(shè)計(jì)34-35
• 3.3 系統(tǒng)控制及電源方案設(shè)計(jì)35-40
• 3.3.1 基于FPGA的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)36-37
• 3.3.2 電源方案設(shè)計(jì)37-39
• 3.3.3 USB通信設(shè)計(jì)39-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 拉曼光譜儀主控軟件設(shè)計(jì)41-52
• 4.1 基于Verilog HDL的CCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)42-46
• 4.1.1 CCD時(shí)序分析與設(shè)計(jì)42-44
• 4.1.2 CCD輸出相關(guān)積分雙采樣的實(shí)現(xiàn)44-46
• 4.1.3 CCD工作模式選擇46
• 4.2 基于NIOS的主控程序設(shè)計(jì)46-50
• 4.2.1 NIOS軟核的構(gòu)建47-49
• 4.2.2 NIOS ⅡIDE程序設(shè)計(jì)49-50
• 4.3 基于Delphi的光譜儀采集調(diào)試軟件50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第五章 拉曼光譜儀實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析52-65
• 5.1 激光器性能測試52-55
• 5.2 CCD性能測試55-61
• 5.3 光譜測試61-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第六章 工作總結(jié)與展望65-67
• 6.1 工作總結(jié)65
• 6.2 工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 作者簡歷69

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本文編號：743474