专利名称：具有ccd光谱信号采集系统的混合光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及光谱技术领域，特别涉及一种具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪。
背景技术：
光谱仪分为光电倍增管光谱仪和CCD光谱仪。光电倍增管可以精确分析超低含量元素，但是它的体积大，安装数量受空间局限；CCD光谱仪可以做到全谱分析，但其检出限不如光电倍增管。传统光谱分析仪器都是纯光电倍增管或CCD光谱仪，且其成本均较高。另外，目前CXD光谱仪的CXD光谱信号采集系统都是由单个CPU (FPGA、DSP)控制CXD采集数据并集中进行处理，运算速度慢，各CXD参数不能自由配置，灵活性差，CXD输出 的模拟信号经过一段导线传输才能到CPU进行处理，信号完整性差，易受外界干扰。现在还未出现具有高综合性能的高端光谱仪。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术的上述缺陷，提供一种具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，实现CCD光谱信号采集系统与光电倍增管同时采集光谱信号，并具有良好的数据处理能力及数据稳定性，有效提高单台光谱仪分析性能，同时降低仪器的成本。为达到上述目的，本发明提供的具有C⑶光谱信号采集系统的混合光谱仪，包括上位机和光电倍增管，还包括多个CCD模块和一接口模块及一控制模块，所述光电倍增管与所述控制模块相连，各个所述CCD模块分别与所述接口模块、控制模块和上位机依次相连，其中所述CCD模块，用于接收所述控制模块采集信号命令后开始采集光谱信号，并自动读取所述接口模块分配的地址，将处理后的数据送到所述控制模块；所述接口模块，用于为各个所述CXD模块分配地址，并将各个所述CXD模块组成RS485网络，将所述CXD模块处理后的数据送到所述控制模块；所述控制模块，用于同步各所述CCD模块，与光源配合准时采集光谱信号，控制各个所述CCD模块开始采集数据并接收所述CCD模块所处理后数据，然后与所述光电倍增管所采集的数据组合和经网口传输到所述上位机。本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其中所述CCD模块包括CCD、滤波放大器、电平转换器和带有A/D的ARM单片机，所述CCD经所述滤波放大器和A/D连接所述ARM单片机，所述ARM单片机经所述电平转换器连接所述CCD，所述ARM单片机发送驱动脉冲至所述CCD，所述CCD输出信号经所述ARM单片机输出处理后的数据。本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其中所述CCD模块设有16块，分别包括型号为ILX554B的第三芯片、型号为AD8021的第四芯片、型号为ADUC7022BCPZ的第五芯片、型号为TXB0104DR的第六芯片和型号为SP3074EEN的第十芯片，其中第五芯片的第30脚与第六芯片的第8引脚相连，第五芯片的第29引脚分别与第六芯片的第2引脚相连，第五芯片的第28引脚分别与第六芯片的第3引脚相连，第五芯片的第27引脚分别与第六芯片的第4引脚相连,三引脚同时输出CCD的驱动脉冲信号,第六芯片的第13引脚输出到第三芯片的第11引脚，第六芯片的第12引脚输出到第三芯片的第5引脚，第六芯片的第11引脚输出到第三芯片的第4引脚，通过第六芯片实现电平转换，控制第三芯片实现光谱信号的采集，转换后的标准模拟电压信号从第三芯片的第I脚输出，输出的信号接到第四芯片的第2引脚，经第四芯片处理后的模拟电压信号由第四芯片的第6引脚输出到第五芯片的第36引脚，第五芯片得到所需分析的原始数据并从第21引脚输出到第十芯片的第5引脚，第十芯片把接收到得数据变换成RS485的标准数据信号，从第9、10引脚并行输出，并通过JP20接口分送到接口模块的JP0-JP15接口之一。本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其中所述接口模块包括型号为ADP3330ART为第二芯片及17个接线端口 JP0-JP16端口，第二芯片为各个CCD模块分配地址，控制模块发送的控制命令经JP16进入接口模块，再经各JP0-JP15接口分别发送到每个 CXD模块，CXD模块采集处理后的信号经JP20接口连接到JP0-JP15接口之一，再经JP16接口连接到控制模块的JP17接口。本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其中所述控制模块包括型号为RCM5700为第一芯片、型号为MAX3074EESA的第八芯片和型号为AD1674JR的第九芯片，接口模块的JP16接口输出的CXD光谱信号通过JP18接口送到控制模块的JP17接口，并经JP17接口的第4引脚连接到第八芯片的第5引脚，经JP17接口的第6引脚连接到第八芯片的第6引脚，经JP17接口的第8引脚连接到第八芯片的第7引脚，经JP17接口的第10引脚连接到第八芯片的第8引脚，第八芯片将收到的RS485信号变换成UART标准信号，从第3引脚输出到第一芯片的第23引脚，光电倍增管输出信号经第13引脚输入第九芯片，经数模转换后，从第九芯片的第16、24引脚并联输出到第一芯片的第39引脚，从第九芯片的第17、25引脚并联输出到第一芯片的第40引脚,从第九芯片的第18、26引脚并联输出到第一芯片的第41引脚，从第九芯片的第19、27引脚并联输出到第一芯片的第42引脚，从第九芯片的第20引脚输出到第一芯片的第35引脚，从第九芯片的第21引脚输出到第一芯片的第36引脚，从第九芯片的第22引脚输出到第一芯片的第37引脚，从第九芯片的第23引脚输出到第一芯片的第38引脚，第一芯片将接收到的CCD信号及光电倍增管信号处理生成分析数据，并从第3、5引脚并行输出到JP18接口的第4、5引脚，分析数据经网线传送到上位机。本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪的优点和积极效果在于由于采用了多个CCD模块、接口模块和控制模块，各CCD模块由独立的CPU控制，数据及相应算法可以独立配置，运算速度快算法灵活，有效提高了采集数据的准确性及稳定性。光谱信号在前端进行处理转换，减少了干扰的耦合，信号的完整性好。接口模块组网简单，维修调换方便。控制模块将CCD采集数据与光电倍增管采集数据实现无缝连接，所得数据进行统一编排，各个通道数据不加区分，上位机分析软件无需做任何改动。下面将结合实施例参照附图进行详细说明。
图I是本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪的结构框图；图2是CXD模块的电路原理图3是接口模块的电路原理图；图4是控制模块的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪的实施例。参照图1，本发明提供的具有C⑶光谱信号采集系统的混合光谱仪，包括多个CXD模块、接口模块、控制模块、光电倍增管和上位机。光电倍增管与控制模块相连，各个CCD模块分别与接口模块、控制模块和上位机依次相连。其中CCD模块用于接收控制模块采集信号命令后开始采集光谱信号，并自动读取接口模块分配的地址，将处理后的数据送到控制模块；接口模块用于为各个C⑶模块分配地址，并将各个CXD模块组成RS485网络，将CXD 模块处理后的数据送到控制模块；控制模块用于同步各CCD模块，与光源配合准时采集光谱信号，控制各个CCD模块开始采集数据并接收集CCD模块所处理后数据，然后与光电倍增管所采集的数据组合和经网口传输到上位机。在本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪中，连接有16块或更多CCD模块。CCD模块包括CCD、滤波放大器、电平转换器和带有A/D的ARM单片机。与分析波长相关的CCD象元位置、单次采集时间、算法选择等相关配置参数固化在CCD模块的FLASH中，每次激发时自动读取。CXD经滤波放大器和A/D连接ARM单片机，CXD模块由ARM单片机控制，ARM单片机经电平转换器连接(XD，给CXD发送驱动脉冲，ARM单片机发送驱动脉冲至CCD，CCD输出信号经ARM单片机模数转换后进行相应的算法处理、分析波长提取，最后输出处理后的数据。参见图2，在本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪中，各CCD模块包括型号为ILX554B的第三芯片U3、型号为AD8021的第四芯片U4、型号为ADUC7022BCPZ的第五芯片U5、型号为TXB0104DR的第六芯片U6和型号为SP3074EEN的第十芯片UlO四个功能芯片及相关外围电路。第三芯片U3完成CXD信号采集，第四芯片U4完成滤波放大，第五芯片U5完成A/D转换，第六芯片U6完成电平转换。具体连接是第五芯片U5的第30脚与第六芯片U6的第8引脚相连，控制第六芯片U6的使能，第五芯片U5的第29、28、27引脚分别与第六芯片U6的第2、3、4引脚相连，三引脚同时输出CXD的驱动脉冲信号，通过第六芯片U6实现电平转换，转换后的标准信号从第六芯片U6的第13、12、11引脚分别输出到第三芯片U3的第11、5、4引脚，控制第三芯片U3实现光谱信号的采集。第三芯片U3把光谱信号转换成模拟的电压信号后从第I脚输出，输出的模拟电压信号接到第四芯片U4的第2引脚，经第四芯片U4及其外围电路实现信号的滤波放大及相关运算，有效降低信号噪声，增大信号幅度，提高分辨率，处理好的模拟电压信号由第四芯片U4的第6引脚输出到第五芯片U5的第36引脚，模拟电压信号在第五芯片U5内部实现A/D转换并进行相应的算法处理、分析波长提取，最后得到所需分析的原始数据。所得原始数据从第21引脚输出到第十芯片UlO的第5引脚，第十芯片UlO把接收到得数据变换成RS485的标准数据信号，从第十芯片UlO的第9、10引脚并行输出，通过JP20接口分送到接口模块的JPO-JP15接口之一。参见图3，在本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪中，接口模块主要由型号为ADP3330ART为第二芯片U2及17个接线端口 JP0-JP16组成。接口模块起到控制模块与CCD模块的桥梁作用。第二芯片U2及外围电路负责为各个CCD模块分配地址，控制模块发送的控制命令经JP16进入接口模块，再经接口 JP0-JP15分别发送到各个CXD模块。CXD模块采集处理后的信号经JP20接口连接到JP0-JP15接口之一，再经JP16接口连接到控制模块的JP17接口。参见图4，在本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪中，控制模块负责控制光谱仪各模块协调工作。控制模块主要由型号为RCM5700为第一芯片U1、型号为MAX3074EESA的第八芯片U8、型号为AD1674JR为第九芯片U9三个功能芯片及相关外围电路组成。接口模块的JP16接口输出的CXD光谱信号通过JP18接口送到控制模块的JP17接口，分别经JP17接口的第4、6、8、10引脚连接到第八芯片U8的第5、6、7、8引脚，第八芯片U8把收到的RS485信号变换成UART标准信号，从第3引脚输出到第一芯片Ul的第23引脚。光电倍增管输出信号经第九芯片U9的第13引脚输入，经第九芯片U9数模转换后，分别从第九芯片U9的第16-27引脚分别输出到第一芯片Ul的第35-42引脚，第一芯片Ul 把接收到得CCD信号及光电倍增管信号进行统一处理，生成分析数据，最后从第3、5引脚并行输出到JP18接口的第4、5引脚，JP18接口把分析数据经网线送到上位机处理显示。第一芯片Ul是光谱仪的主CPU，采用高速CPU嵌入式UC/0S操作系统构成，控制CCD模块开始数据采集，完成各CCD模块的同步，与光源配合准时采集光谱信号。由于CCD采集数据与光电倍增管采集数据实现无缝连接，所得数据进行统一编排，各个CCD模块数据不加区分，上位机分析软件无需做任何改动。同时,控制模块经光纤控制光源激发、IS气冲洗和系统其他控制。上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求
1.一种具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，包括上位机和光电倍增管，其特征在于还包括多个CCD模块和一接口模块及一控制模块，所述光电倍增管与所述控制模块相连，各个所述CXD模块分别与所述接口模块、控制模块和上位机依次相连，其中 所述CCD模块，用于接收所述控制模块采集信号命令后开始采集光谱信号，并自动读取所述接口模块分配的地址，将处理后的数据送到所述控制模块； 所述接口模块，用于为各个所述CXD模块分配地址，并将各个所述CXD模块组成RS485网络，将所述CCD模块处理后的数据送到所述控制模块； 所述控制模块，用于同步各所述CCD模块，与光源配合准时采集光谱信号，控制各个所述CCD模块开始采集数据并接收所述CCD模块所处理后数据，然后与所述光电倍增管所采集的数据组合和经网口传输到所述上位机。
2.根据权利要求I所述的具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其特征在于其中所述CCD模块包括CCD、滤波放大器、电平转换器和带有A/D的ARM单片机，所述CCD经所述滤波放大器和A/D连接所述ARM单片机，所述ARM单片机经所述电平转换器连接所述(XD，所述ARM单片机发送驱动脉冲至所述(XD，所述CXD输出信号经所述ARM单片机输出处理后的数据。
3.根据权利要求I或2所述的具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其特征在于其中所述C⑶模块设有16块，分别包括型号为ILX554B的第三芯片(U3)、型号为AD8021的第四芯片(U4)、型号为ADUC7022BCPZ的第五芯片(U5)、型号为TXB0104DR的第六芯片(U6)和型号为SP3074EEN的第十芯片(U10)，其中第五芯片(U5)的第30脚与第六芯片(U6)的第8引脚相连，第五芯片(U5)的第29引脚分别与第六芯片(U6)的第2引脚相连，第五芯片(U5)的第28引脚分别与第六芯片(U6)的第3引脚相连，第五芯片(U5)的第27引脚分别与第六芯片(U6)的第4引脚相连,三引脚同时输出(XD的驱动脉冲信号,第六芯片(U6)的第13引脚输出到第三芯片(U3)的第11引脚，第六芯片(U6)的第12引脚输出到第三芯片(U3)的第5引脚，第六芯片(U6)的第11引脚输出到第三芯片(U3)的第4引脚，通过第六芯片(U6)实现电平转换，控制第三芯片(U3)实现光谱信号的采集，转换后的标准模拟电压信号从第三芯片(U3)的第I脚输出，输出的信号接到第四芯片(U4)的第2引脚，经第四芯片(U4)处理后的模拟电压信号由第四芯片(U4)的第6引脚输出到第五芯片(U5)的第36引脚，第五芯片(U5)得到所需分析的原始数据并从第21引脚输出到第十芯片(UlO)的第5引脚，第十芯片(UlO)把接收到得数据变换成RS485的标准数据信号，从第9、10引脚并行输出，并通过JP20接口分送到接口模块的JPO接口 -JP15接口之一。
4.根据权利要求3所述的具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其特征在于其中所述接口模块包括型号为ADP3330ART为第二芯片(U2)及17个接线端口 JPO接口 -JP16接口，所述第二芯片(U2)为各个所述CCD模块分配地址，所述控制模块发送的控制命令经JP16接口进入所述接口模块，再经各JPO接口 -JP15接口分别发送到每个所述CXD模块，所述CXD模块采集处理后的信号经JP20接口连接到JPO接口 -JP15接口之一，再经JP16接口连接到所述控制模块的JP17接口。
5.根据权利要求4所述的具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，其特征在于其中所述控制模块包括型号为RCM5700为第一芯片(U1)、型号为MAX3074EESA的第八芯片(U8)和型号为AD1674JR的第九芯片(U9)，所述接口模块的JP16接口输出的CCD光谱信号通过JP18接口送到所述控制模块的JP17接口，并经JP17接口的第4引脚连接到所述第八芯片(U8)的第5引脚，经JP17接口的第6引脚连接到所述第八芯片(U8)的第6引脚，经JP17接口的第8引脚连接到所述第八芯片(U8)的第7引脚，经JP17接口的第10引脚连接到所述第八芯片(U8)的第8引脚，所述第八芯片(U8)将收到的RS485信号变换成UART标准信号，从第3引脚输出到所述第一芯片(Ul)的第23引脚，光电倍增管输出信号经第13引脚输入所述第九芯片(U9)，经数模转换后，从所述第九芯片(U9)的第16、24引脚并联输出到所述第一芯片(Ul)的第39引脚，从所述第九芯片(U9)的第17、25引脚并联输出到所述第一芯片(Ul)的第40引脚，从所述第九芯片(U9)的第18、26引脚并联输出到所述第一芯片(Ul)的第41引脚，从所述第九芯片(U9)的第19、27引脚并联输出到所述第一芯片(Ul)的第42引脚，从所述第九芯片(U9)的第20引脚输出到所述第一芯片(Ul)的第35引脚，从所述第九芯片(U9)的第21引脚输出到所述第一芯片(Ul)的第36引脚，从所述第九芯片(U9)的第22引脚输出到所述第一芯片(Ul)的第37引脚，从所述第九芯片(U9)的第23引脚输出到所述第一芯片(Ul)的第38引脚，所述第一芯片(Ul)将接收到的C⑶信号及光电 倍增管信号处理生成分析数据，并从第3、5引脚并行输出到JP18接口的第4、5引脚，分析数据经网线传送到上位机。
全文摘要
本发明提供的具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪，包括多个CCD模块、接口模块、控制模块、光电倍增管和上位机。光电倍增管与控制模块相连，各个CCD模块分别与接口模块、控制模块和上位机依次相连。本发明具有CCD光谱信号采集系统的混合光谱仪的优点在于各CCD模块由独立的CPU控制，数据及相应算法可以独立配置，运算速度快算法灵活，有效提高了采集数据的准确性及稳定性。光谱信号在前端进行处理转换，减少了干扰的耦合，信号的完整性好。接口模块组网简单，维修调换方便。控制模块将CCD采集数据与光电倍增管采集数据实现无缝连接，所得数据进行统一编排，各个通道数据不加区分，上位机分析软件无需做任何改动。
文档编号G01J3/30GK102967369SQ201210499538
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者姜本清, 赵珍阳, 许玉兴, 田中朝, 王世功 申请人:山东东仪光电仪器有限公司