[发明专利]用于增强拉曼光谱仪信噪比的方法和装置

说明书

本发明公开了一种增强拉曼光谱仪信噪比的装置，包括主控制器、拉曼激光器、激光器恒流驱动电路、线性CCD、CCD信号处理电路，线性CCD电连接CCD信号处理电路，拉曼激光器电连接激光器恒流驱动电路，主控制器电连接线性CCD、CCD信号处理电路和激光器恒流驱动电路，主控制器接收外部命令信号，并控制电连接的部件。还有一种增强拉曼光谱仪信噪比的方法。采用自适应分时欠饱和曝光方法，通过对CCD的精密控制和软件算法的修订，在使用低成本CCD的拉曼光谱仪，获得高信噪比信号，而且不需要增加任何硬件成本，可以明显地降低拉曼光谱仪的成本。

技术领域

本发明涉及光学仪器领域，尤其涉及一种基于自适应分时欠饱和曝光的增强拉曼光谱仪信噪比的方法和装置。

背景技术

拉曼光谱可以提供简单、快速、可重复且无损伤的定性定量物质分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英和光纤对物质进行测量分析。随着应用领域的不断扩展，拉曼光谱仪开始走入家庭，要进一步拓展拉曼光谱仪的应用领域，拉曼光谱仪的成本必须尽可能地降低。

由于拉曼散射光非常微弱，为了获得比较好的信噪比，以达到更好的最低检测限，拉曼光谱仪需要采用高性能的背照式CCD。但是由于背照式CCD成本过高，不利于设计低成本的拉曼光谱仪和拉曼光谱仪的推广。市场上的廉价CCD，如Sony产的ILX511、东芝产的TCD1304，其动态范围只有267和300，超过其动态范围的部分，则体现为非线性，即电信号增长幅度小于光强增加幅度，300左右的动态范围，无法满足拉曼光谱仪的信噪比测量要求。由于低价CCD的动态范围有限，即使采用延长积分时间的方法，受CCD自有的暗电流、噪声等因素的限制，也无法获得高信噪比的拉曼光谱信号，从而也就无法实现痕量物质测量。

发明内容

本发明提供，采用自适应分时欠饱和曝光方法，通过对CCD的精密控制和软件算法的修订，可以使低成本拉曼光谱仪获得较高的拉曼信号信噪比。克服了上述技术中存在的产品稳定性和可靠性差、生产制作难度大等问题，以满足高功率光纤激光器和高功率光纤放大器的需求。

本发明采用以下技术方案来实现：一种增强拉曼光谱仪信噪比的装置，包括主控制器、拉曼激光器、激光器恒流驱动电路、线性CCD、CCD信号处理电路，所述线性CCD电连接CCD信号处理电路，所述拉曼激光器电连接激光器恒流驱动电路，所述主控制器电连接线性CCD、CCD信号处理电路和激光器恒流驱动电路，主控制器接收外部命令信号，并控制电连接的部件。

优选的，还包括TEC温控电路，其中包括TEC和TEC驱动电路，所述主控制器电连接TEC驱动电路，TEC驱动电路电连接TEC，TEC贴在线性CCD和拉曼激光器上。

优选的，所述CCD信号处理器包括驱动电路和信号采集电路。

优选的，所述主控制器为FPGA、DSP或MCU。

进一步的，所述信号采集电路为直接信号电压采样电路或相关双采样电路，所述驱动电路包括三极管。

更进一步的，信号采集电路为相关双采样电路AD80066。

一种增强拉曼光谱仪信噪比的方法，包括如下步骤：

步骤1：主控制器接收用户设定的积分时间T、激光功率W；

步骤2：主控制器控制CCD清理残留光生电荷；

步骤3：进行拉曼信号强度预扫描，确定欠饱和曝光次数n和CCD每次曝光时间t；

步骤4：分别进行n次欠饱和曝光，并分别收集CCD信号数据，保存在寄存器组中，前n-1次曝光时间为0.5×k秒，最后一次曝光时间为T-0.5×k秒；

步骤5：将n次欠饱和曝光的CCD信号数据进行累加，从而得到了整个拉曼光谱信号。