[发明专利]一种基于PC104总线的高性能近红外光谱分析装置及分析方法

说明书

技术领域

本发明属于能近红外光谱分析技术领域，尤其涉及的是一种基于PC104总线的高性能近红外光谱分析装置及分析方法。

背景技术

在600nm～1700nm近红外光通信波段，专门用于测量分析激光光源、光器件和光通信传输系统的高性能近红外光谱分析仪，由于技术难度高，国内只有本单位有批量生产的产品。但是随着近年来用户对光谱测试和分析要求的不断提高，本单位原有国内采用单片机作为系统主控和数据处理模块的高性能光谱仪的缺陷越来越突出。

目前，国外有类似功能的仪器，但是由于国外对国内技术保密尚未发现与之相同的设计方案，而可查询的国内唯一应用于光通信领域的基于转动光栅的高性能大动态范围近红外光谱仪的系统设计方案框图如下图1所示：包括双通光栅单色仪、探测器、跨阻抗放大器、A/D、电源、电机驱动模块、单片机1、单片机2、接口模块、控制电路、键盘、LCD显示、打印机及软驱。

在原有的600nm～1700nm近红外光谱仪装置中，具有以下缺点：(1)通过两片单片机作为装置主控及数据处理分析平台，而由于单片机的系统资源有限，而且为串行工作模式，不利于大型的控制系统设计。因此原有设计中采用了大量的引脚复用，而且为实现系统逻辑控制，原有设计中利用了大量的74系列逻辑芯片进行逻辑设计，以上设计缺陷导致光谱分析仪装置系统设计复杂，系统可靠性、可生产性、可维修性变差，增加了仪器的重量和成本；(2)为实现整机入射狭缝电机模块、旋转光栅直流电机模块、光轴准直电机模块、光衰减器电机模块、出射狭缝电机模块、双通光栅单色仪分光模块、双色探测器模块、放大滤波模块、AD转换模块、PC104总线模块等的协调操作，两片单片机在工作过程中不断的实施检测中断的产生，以相互交换对总线的控制权，导致整机的运作速度相对较慢；(3)由于单片机的时钟频率和工作模式的限制，导致数据处理的速度过慢，数据处理的效果不足，人机用户的操作性相对较差等缺陷；(4)从上图1中可以看到，原有分析装置仍然集成了软驱功能，增加设计复杂度、重量和成本，降低了可靠性，而且已远不具有实用性；(5)由于原有平台的局限性，没有以太网口、无线传输等功能，而且没有VGA接口，不能外接显示器，而原有LCD显示器又比较小，对一款高性能光谱分析仪来讲也是其一个很大的短板，不利于其应用领域的拓展。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于PC104总线的高性能近红外光谱分析装置及分析方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于PC104总线的高性能近红外光谱分析装置，其中，包括入射狭缝电机模块，用于调节入射狭缝宽度，从而调节进入双通光栅单色仪中的光通量；双通光栅单色仪分光模块，用于对进入到光谱分析装置中的待测光信号进行光谱分光作用；旋转光栅直流电机模块，用于调节光谱分光波长与光栅角度的关系，实现双通光栅单色仪分光模块中波长角度关系；光轴准直电机模块，用于对双通光栅单色仪中的光路进行准直校准；光衰减器电机模块，用于通过打开光衰减器，调节双通光栅单色仪输出光信号后进入到探测器的光强大小；用于出射狭缝电机模块：调节输出双通光栅单色仪的光通量及光谱分辨率；双色探测器，用于将双通光栅单色仪分光后的输出光信号转换为电信号；放大滤波模块，用于对双色探测器光电转后的模拟信号进行放大及滤波；AD转换模块：对放大滤波后的光谱信号进行AD转换；PC104总线接口模块，用于将AD转换后的数字数据通过PC104总线接口传输到主控机，进行处理；主控机，用于对采集到的光谱数据进行分析处理，同时实现光谱分析装置各参数的设置。

所述的基于PC104总线的高性能近红外光谱分析装置的分析方法，其中，包括以下步骤：

步骤1：选好XP系统平台、双通光栅单色仪分光模块后，在分析整机入射狭缝电机模块、旋转光栅直流电机模块、光轴准直电机模块、光衰减器电机模块、出射狭缝电机模块、双色探测器模块、放大滤波模块、AD转换模块、PC104总线模块的逻辑工作方式之后，采用PC104总线接口作为主控CPU与下端各模块的控制和数据通信总线；

步骤2：采用FPGA作为下位机的数据处理和控制芯片，利用FPGA产生局部总线，协调入射狭缝电机模块、旋转光栅直流电机模块、光轴准直电机模块、光衰减器电机模块、出射狭缝电机模块、双色探测器模块、放大滤波模块、AD转换模块、PC104总线模块的逻辑工作方式；