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光谱仪器是进行光谱研究和物质的光谱分析的装置。本课题着眼于近年来CCD技术和计算机技术方面的迅速发展,在深入分析光谱仪的一般结构与原理的基础上研制了一种实用的利用线阵CCD与计算机结合的多通道光谱测量仪器。
本课题研究的主要内容是设计开发一种可见光的CCD摄像光谱仪,主要包括其光学结构设计、电路系统设计及其分析系统的开发几个部分。
在光学结构设计中,将光纤、平面定向光栅和凹面反射镜等合理组合,采用一次性聚焦反射分光的方法,将待测光进行色散,光学结构大大简化,相比同类产品,精度和测量速度有一定提高。
在电路系统设计中,本课题采用专用于光谱探测的高性能线阵CCD芯片(RL1024SB)作为光电接收器,匹配以完整的CCD/CIS图象处理器(VSP3100),由高性能单片机C8051F021接收A/D转换后的数据并进行简单处理,然后经串口把数据交给上位计算机,由软件对数据进行最后处理。以VC++语言设计开发的光谱仪计算机软件程序采用模块化结构,主要内容包括光谱曲线测量子程序、光谱曲线放大和回放子程序、读写文本记录子程序、波长定标子程序等等。具有良好的用户界面,完善的菜单,功能齐全,操作简捷。
本光谱仪的光谱测量范围为400nm~760nm,光谱分辨率3.9nm(在波长为546.1nm处)。由于采用了一维线阵探测器,与传统扫描式光谱仪相比,本光谱仪的检测速度得到了极大的提高。实验结果证明,本系统基本达到了预期的设计目标。