一种高效的CCD全谱光谱采集结构的制作方法

本发明涉及光谱分析技术领域，尤其涉及一种高效的ccd全谱光谱采集结构。

背景技术：

目前，随着光谱分析技术的发展，光谱探测技术也朝着多方向发展，传统的基于光电倍增管的光谱探测技术，由于体积大、数量多、成本高、通道配置不灵活，不利于光谱仪小型化、低成本方向发展。

技术实现要素：

针对上述的缺陷，通过优化ccd探测器前端光路和数据转换及采集电路，本发明提供了一种高效的ccd全谱光谱采集结构，其可以应用于各类光谱仪，不仅实现一定光谱范围全谱采集，有效提升光谱采集的效率和速率，对提升光谱仪性能起到至关重要作用。

为了实现上述目的，本发明提供一种高效的ccd全谱光谱采集结构，包括聚光装置、ccd、数据转换板和数据采集卡；

聚光装置，用于将入射的光谱信号进行反射聚焦；

ccd，用于将反射聚焦后的光谱信号等比例转换为电压信号；

数据转换板，用于将电压信号进行反向、放大、滤波、ad转换、传输和存储处理；

数据采集卡，用于将处理后的电压信号进行采集，并将采集到的电压信号输入到上位机。

根据本发明的高效的ccd全谱光谱采集结构，所述聚光装置为柱面反光镜，其设于ccd上方、端面倾斜45°用紫外胶固定于固定座上；所述聚光装置与ccd之间保持焦距距离。

根据本发明的高效的ccd全谱光谱采集结构，所述ccd通过限位托盘固定，所述限位托盘底部向下依次连接密封板和支承座，所述支承座通过螺丝固定于数据转换板上。

根据本发明的高效的ccd全谱光谱采集结构，所述数据转换板通过插针与ccd连接并采用单片arm驱动ccd；所述数据转换板采用单片运放进行电压信号的反向、放大、滤波处理，采用arm片上的adc进行电压信号的ad转换，采用422串口将数据传输到数据采集卡。

根据本发明的高效的ccd全谱光谱采集结构，所述数据采集卡置于上位机的pci插槽中，并通过db62接口与8路所述数据转换板相连接，每路所述数据转换板为独立控制。

根据本发明的高效的ccd全谱光谱采集结构，所述固定座通过螺栓固定于限位托盘上。

根据本发明的高效的ccd全谱光谱采集结构，所述密封板为2mm厚的橡胶板；所述支承座为铝板一次成型制作。

本发明通过设置聚光装置，利用柱面反射镜将入射的光谱信号进行反射聚焦，聚焦后的光谱信号垂直入射到ccd像元上；利用其后设置的ccd将聚焦后光谱信号等比例转换为电压信号；再利用数据转换板将转换后的电压信号进行反向、放大、滤波、ad转换、传输和存储处理；处理后的电压信号经数据采集卡采集后输入到上位机中，又上位机进行数据处理分析，数据采集卡共连接有8路数据转换板，通过同时或分时工作，实现不同波段光谱数据的转换和采集，不仅保证了较大的光谱采集范围，也提高了光谱信号采集的速度。

附图说明

图1是本发明的原理流程示意图；

图2是聚光装置、ccd和数据转换板分解图；

图3是数据转换板电路原理图；

在图中，1-聚光装置，2-ccd，3-数据转换板，4-数据采集卡，5-固定座，6-柱面反射镜，7-限位托盘，8-密封板，9-支承座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图2，本发明提供了一种高效的ccd全谱光谱采集结构。该ccd全谱光谱采集结构包括聚光装置1、ccd2、数据转换板3和数据采集卡4。

聚光装置1，用于将入射的光谱信号进行反射聚焦，此处聚光装置1为柱面反光镜6，其设置在ccd2的上方并且端面倾斜45°用紫外胶固定于固定座5上，平行入射的光谱经柱面反射镜6反射聚焦后垂直入射到ccd2上，通过使聚光装置1与ccd2保持焦距距离，使聚焦后的光谱信号焦点正好照射到ccd2的像元阵列上面，保证ccd2采集光谱的效率。

ccd2，用于将反射聚焦后的光谱信号等比例转换为电压信号；ccd2通过限位托盘7固定，在限位托盘7的底部依次连接密封板8和支承座9，其中支承座9通过螺丝固定于数据转换板3上；还需要说明的是，密封板8为2mm厚的橡胶板，其主要用来将光学系统进行隔离密封；支承座9为铝板一次成型制作，主要用来支承数据转换板3，保证数据转换板3与限位托盘7位置固定。

数据转换板3，用于将电压信号进行反向、放大、滤波、ad转换、传输和存储处理，其通过插针与ccd2连接并采用单片arm驱动ccd2；具体的，数据转换板3采用单片运放进行电压信号的反向、放大、滤波处理，采用arm片上的adc进行电压信号的ad转换，采用422串口将数据传输到数据采集卡4。

数据采集卡4，用于将处理后的电压信号进行采集，并将采集到的电压信号输入到上位机；具体的，数据采集卡4设置在上位机的pci插槽中，并通过db62接口与8路数据转换板3相连接，多路数据转换板3通过数据采集卡4并行通信，具有光谱采集效率高、速度快的特点，应用于光谱仪，能大大提升光谱仪的分析性能，并且每路数据转换板3为独立控制，这样各路数据转换板3既可以同时工作，也可以分时工作，从而实现不同波段光谱数据的转换和采集，不仅保证了较大的光谱采集范围，也提高了光谱信号采集的速度。

还需要说明的是，用于固定柱面反射镜6的固定座5通过螺栓固定于限位托盘7上，保证了cdd2相对柱面反射镜6位置的固定，从而保证入射光聚焦到ccd2像元上面，提高光谱入射的效率。

参见图3，数据转换板3采用单片arm(u3)控制芯片实现ccd2(u1)光谱信号移出、反向、放大、滤波、转换、传输，主要包括ccd2(u1)外围电路、反向放大滤波电路、422通信电路和arm(u3)单元，ccd2(u2)具有独特的电子快门功能，由arm单元的pwm控制输出驱动脉冲信号(包括主时钟、转移门控、积分清除门控)，控制ccd2工作在电子快门模式，实现积分时间10～10000000μs可灵活设置，采用单片运放(u2)，反向输入，进行信号反向，反馈电阻采用进行放大，同时，根据信号读出速率，在反馈电阻两端并有电容c1进行滤波，为了避免电源波动对信号的影响，电源通过电阻分压引入运放正向端，避免电压波动对信号输出的影响。采用串口通信芯片(u4)实现232与422通信模式转换，提高通信抗干扰能力。采用arm片上adc进行ad转换，转换精度为12bit，转换速率最高可以达到1msa/s。

综上所述，本发明通过设置聚光装置，利用柱面反射镜将入射的光谱信号进行反射聚焦，聚焦后的光谱信号垂直入射到ccd像元上；利用其后设置的ccd将聚焦后光谱信号等比例转换为电压信号；再利用数据转换板将转换后的电压信号进行反向、放大、滤波、ad转换和传输处理；处理后的电压信号经数据采集卡采集后输入到上位机中，又上位机进行数据处理分析，数据采集卡共连接有8路数据转换板，通过同时或分时工作，实现不同波段光谱数据的转换和采集，不仅保证了较大的光谱采集范围，也提高了光谱信号采集的速度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。