[发明专利]基于CCD的光谱信号采集电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号采集电路，尤其是一种基于CCD的光谱信号采集电路，具体地说是用于直读光谱仪、图像传感或非接触式测量的光谱信号采集电路。

背景技术

CCD（charge coupled  devices）是一种电荷耦合器件，作为图像传感器，它的基本功能是将接收到的光信号转换成电信号，具有体积小、灵敏度高、低噪声、动态响应范围宽等优点，被广泛应用于数码相机和全谱光谱仪等高精度的光学检测仪器中。传统的光谱仪一般较多地使用光电倍增管（PMT）作为光探测器，存在着体积大、只能单通道采集等缺点，难以满足高灵敏度的采集使用要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于CCD的光谱信号采集电路，其结构紧凑，能高速采集光学系统投射的光信号并进行传输，体积小，灵敏度高，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述基于CCD的光谱信号采集电路，包括用于光探测的线阵CCD模块，所述线阵CCD模块的驱动端与处理器的输出端连接，线阵CCD模块的输出端依次通过电压跟随电路及AD转换电路与FIFO数据缓存器连接，FIFO数据缓冲器与处理器连接，处理器的输出端还与AD转换电路的控制端连接，处理器向AD转换电路输出转换控制信号且处理器向线阵CCD模块输出驱动信号，以使得AD转换电路的采样频率与线阵CCD模块的采样频率同步一致。

所述处理器上设有RS-485接口，处理器通过RS-485接口将采集的数据传输至上位机。所述处理器采用单片机。

本发明与现有技术相比，具有如下优 点：

1、目前国内大部分光谱分析仪都是采用光电倍增管做光检测器，光电倍增管体积很大，只能检测一种元素的含量，通道数设置有限，无法实现全谱扫描。本发明使用线阵CCD模块可检测出所述CCD可识别的波长范围内所有元素的含量，可使光谱仪实现全谱测量。

2、使用单片机外围PWM接口引脚输出CCD驱动信号和AD转换电路的控制信号，因CCD驱动信号需严格的时序对应关系，且AD转换电路的采样频率必须与线阵CCD模块采集数据的时序同步。采用TI公司16位低功耗单片机MSP430通过PWM接口产生操作时序，电路简单且灵活，能够很好的满足对CCD驱动和AD转换控制的要求。

3、采用FIFO数据缓存器，通过单片机硬件IO引脚输出控制信号将AD转换后的大量数据高速存入FIFO数据缓存器内，因使用的CCD有效像素达2048个，最大驱动频率可达2MHz，单片机来不及直接读取AD采样值，由于FIFO数据缓冲器5具有双口输入输出、传送速度快和先进先出的特点，使用FIFO数据缓存器保证CCD高速采样时的每个像素值经高速AD转换为数字信号后均得到及时存储，单片机可随时读取已存入FIFO数据缓存器的光谱采样数据，有效地解决了数据流的缓冲。

4、使用单个CCD配置独立的AD转换电路和FIFO数据缓存器，并由独立的单片机管理，电路结构紧凑，灵活性好，可设定独立的地址，一般可根据光谱仪的设计要求在光谱仪中设置十多块以上的模块，提高了光谱仪的可扩展性。

5、拥有独立的处理器1且有RS-485接口，实际使用中可根据需要由上位机程序自动调整CCD的采集时间和积分时间，以提高测量精度和改善曝光效果。

6、CCD驱动、高速AD转换数据、FIFO数据缓存器保存数据均由单片机统一控制管理，各像素在每次采集的帧信号中的顺序和位置可保持一致，能够较好地满足光谱采集系统对于时序的严格要求，确保多次测量光谱图的重复性。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明电压跟随电路的电路原理图。

图3为本发明线阵CCD模块的电路原理图。

图4为本发明AD转换电路的电路原理图。

附图标记说明：1-处理器、2-电压跟随电路、3-线阵CCD模块、4-AD转换电路、5-FIFO数据缓冲器及、6-RS-485接口。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。