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多功能光栅光谱仪的研制

作　者: 徐丹阳
导　师: 隋成华
学　校: 浙江工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 光栅 CCD 光电倍增管 操作界面 光谱仪
分类号: TH744.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


光谱仪是精密机械和光学仪器中一个十分重要的组成部分，它同时也是光谱学和光谱检测技术中最为基本的检测仪器。本课题根据实验教学光谱检测的要求，在深入分析光谱仪的一般结构和原理的基础上，研制了一种实用的CCD和光电倍增管（PMT）相结合的多功能光栅光谱仪。总体来说该项目的研究工作可以分成两个部分：第一部分是硬件电路的设计和调试，第二部分是操作界面的编写。第一部分：设计研发了用于光谱测量的光源系统，其主要内容为氘灯和卤钨灯的稳压模块。介绍了一种基于单片机的线阵CCD和光电倍增管（PMT）高速数据采集与实时处理系统。其由单片机系统、高速A/D转换模块、DMA控制电路和RAM存储器等构成。采用了DMA块传输方式，利用AD1674JN高速A/D转换实现了数据的高速采集。详细表述了系统的工作原理、硬件电路及其控制逻辑。同时完成了线阵CCD（TCD1206SUP）的驱动电路和前期信号处理电路（CCD和PMT）。第二部分：用VB 6.0语言设计开发的光谱仪软件，主要内容包括：光谱曲线的测量、数据保存、图片保存、波长修正、波长定标等功能。该软件拥有良好的用户界面、完善的菜单、功能齐全，因此操作方便、简捷。光谱仪可以测量的光谱范围有2种，CCD的光谱检测范围为300nm ~600 nm，光电倍被增管（PMT）的光谱检测范围为200 nm~660 nm，控制步进电机与减速系统配合,同时结合C-T型光学系统,理论上最小输出一个脉冲光谱移动0.01 nm就可采样一次,分辨率可以达到0.06 nm。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 多功能光栅光谱仪发展简介  10-12
    1.2.1 CCD发展简介  10-11
    1.2.2 PMT发展简介  11
    1.2.3 光谱仪发展简介  11-12
  1.3 各种光谱仪的国内外发展现状  12-13
  1.4 本课题的研究意义  13
  1.5 本课题的研究工作  13-15
  1.6 本论文的内容安排  15-16
第2章 光谱仪测量系统基本原理  16-26
  2.1 光谱仪参数及性能指标  16
  2.2 光谱测量系统原理  16-19
    2.2.1 Czerny-Turner 系统  17-18
    2.2.2 电机驱动  18-19
  2.3 CCD的工作原理及性能指标  19-23
    2.3.1 CCD的工作原理  19-21
    2.3.2 CCD的性能指标  21-23
  2.4 PMT的工作原理及性能指标  23-24
    2.4.1 PMT的工作原理  23
    2.4.2 PMT的性能指标  23-24
  2.5 光谱分辨率分析  24-26
第3章 光信号采集系统的设计  26-37
  3.1 CCD器件TCD1206SUP的特性  26-27
  3.2 TCD1206SUP的基本结构  27-28
  3.3 TCD1206SUP的采集电路  28-29
  3.4 CCD驱动电路的实现方法  29-33
  3.5 PMT器件CR114的特性及结构  33-35
    3.5.1 CR114的特性  33-34
    3.5.2 CR114的结构  34-35
  3.6 PMT的采集电路  35-37
第4章 A/D转换模块  37-45
  4.1 A/D转换器件的主要参数  37
  4.2 AD1674JN的概述  37-40
  4.3 A/D转换电路的实现  40-45
第5章 光谱仪灯源系统  45-49
  5.1 氘灯和卤钨灯工作原理  45-46
    5.1.1 氘灯工作原理  45
    5.1.2 卤钨灯工作原理  45-46
  5.2 氘灯和卤钨灯稳压电路  46-49
    5.2.1 氘灯稳压电路  46-47
    5.2.2 卤钨灯稳压电路  47-49
第6章 数字信号传输与操作界面  49-67
  6.1 单片机AT89C52简介  49-50
  6.2 8255A输入输出接口芯片简介  50-51
  6.3 VB6.0简介及通信协议  51-53
    6.3.1 VB6.0简介  51-52
    6.3.2 通信协议  52-53
  6.4 操作界面  53-67
    6.4.1 PMT操作界面  53-61
    6.4.2 CCD操作界面  61-67
第7章 总结与展望  67-69
  7.1 对本课题的总结  67
  7.2 本课题存在的不足和未来的研究方向  67-69
参考文献  69-73
附录1：系统实物图照片  73-80
附 录 2 : 单 片 机 代 码  80-82
附录3：操作界面代码  82-92
致谢  92-93
攻读学位期间发表的学术论文目录  93

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 物理光学仪器 > 光谱仪器
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