基于线阵CCD的光谱信号高速数据采集系统设计.pdf

《基于线阵CCD的光谱信号高速数据采集系统设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2011正仪表技术与传感器20ll第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11基于线阵CCD的光谱信号高速数据采集系统设计王伟兰，谈图，汪磊，高晓明(中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室，安徽合肥230031)摘要：为了满足环境污染检测等工业实际应用的需要，便于系统的集成、降低成本，设计了一个基于FPGA和USB2．0的线阵CCD光谱信号高速数据采集系统。以FPGA芯片EP2C20Q240作为采集系统的控制核心，USB2．0芯片CY7C68013A作为数据传输通道与上位机实现通信，通过计算机软件进行光谱采集，并能实时控

2、制CCD的积分时间和采集光谱的平均次数。实验表明：该系统高效、稳定，1S采集250帧谱图，可广泛应用于CCD光谱的实时快速精确测量。关键词：线阵CCD；FPGA；USB2．0；数据采集中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)11—0048—03DesignofSpectralSignalHigh-speedDataAcquisitionSystemBasedonLinearCCDWANGWei—lan，TANTu，WANGLei，GAOXiao-ming(LaboratoryofEnvironmentalSpectrosco

3、py，AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，China)Abstract：Tomeettherequirementofenvironmentaltestingindustryforpracticalapplication，facilitatetheintegrationofsys—temandreducethecost，aspectralsignalhigh-speeddataacquisitionsystemoflinearCCDbasedonF

4、PGAandUSB2．0wasde-signed．ItusedFPGAchipEP2C20Q240asthecontrolcoreofcollectionsystem，andusedUSBchipCY7C68013Aasdatatrans-missionchanneltofinishcommunicationwithPC．PCsoftwarereal-timecontrolledCCDintegraltimeandaveragetimeofcollectingspectrumanddisplayedtheresultswithcurve．Theexperime

5、ntalresultsshowthatthesystemiseficientandstable，SOthissystemcanbewidelyappliedinreal—timeandaccuratemeasurementofCCDspectrum．Keywords：linearCCD；FPGA；USB2．0；dataacquisition0引言易于系统的维护，适合于大容量数据的实时传输、处理，可以很随着光纤技术和新型气体光学传感器件的快速发展，仪器好地解决这个问题。该系统采用FPGA为CCD提供驱动时序的小型化和微型化是目前现代光谱分析仪器的主要发展趋势。脉

6、冲，同时采用USB接口芯片将数据实时地传输到计算机进行近年来以CCD芯片和光纤为基础的微型光谱仪与拉曼光谱、处理。实验表明：该系统可应用于光谱的实时快速精确测量。LIBS光谱、荧光光谱等技术相结合，在化工、农业等领域得到了1数据采集系统结构广泛的应用，为成分快速分析和生产过程的实时监控提供了很系统的结构框图如图1所示。系统主要包括CCD模块电好的测量手段。光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和路、信号调理电路、AD转换电路、FPGA驱动及控制电路及USBCCD等元件都可以作为光谱仪的光探测元件，光电管、光电接口电路5个部分。倍增管具有高的探测灵敏度，它们的

7、阵列传感器目前价格较贵，在这些探测器件中，CCD具有灵敏度高，价格低廉，是应用最为广泛的信号处理元件，基于CCD芯片的光谱仪不需要任何运动部件，可直接获得完整的光谱谱图，使得光谱仪器更为简单。使用CCD作为光探测元件，有一个关键的问题需要解决，即如何对探测结果的大量数据进行传输和处理。现场可编程图1系统的结构框图逻辑阵列(FPGA)是一种现场逻辑功能可重构且具有高集成系统上电后，上位机通过USB设备向FPGA发送控制命度、高密度和高性能的可编程逻辑器件。FPGA最大的优点是令，USB设备按照该命令完成对FPGA数据采集参数的初始化使用非常灵活，在不改变外围电路

8、的情况下，设计不同的片内设置。FPGA