一种用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光谱采集设备技术领域，具体涉及一种用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统。
【背景技术】
[0002]随着光谱分析技术的发展，出现了各式各样的光学检测装置。以电荷耦合器件(CXD)、光电二极管阵列(PDA)为代表的阵列检测器由于器件的集成度高、一致性强、灵敏度高等优点，广泛应用在了采用固定光栅的多通道光谱采集设备中。
[0003]在光谱分析领域，不同的分析体系对检测器的灵敏度和动态范围会有不同的要求，以采集到具有最佳分辨率和信噪比的光谱，因此不可避免的需要更换前端光电探测器和光源。
【实用新型内容】
[0004]为解决上述问题，本实用新型公开了一种用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，可针对不同的光源和探测器实现灵活的配置，能够适用于大部分的应用场合，是一种平台型的电路系统。
[0005]本实用新型的技术方案如下:
[0006]—种用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，包括系统管理控制器、与所述系统管理控制器连接的用于光源驱动的数控恒流源电路及用于驱动阵列探测器进行光谱采集的阵列探测器驱动电路；
[0007]所述数控恒流源电路包括微控制器、与所述微控制器连接的MOS驱动电路和大功率M0S电路；
[0008]所述阵列探测器驱动电路包括与所述系统管理控制器的控制端连接的CCD时钟发生电路，所述时钟发生电路通过驱动电路与阵列探测器安装插座连接，阵列探测器的信号输出端通过低通滤波电路和CCD信号处理电路与所述系统管理控制器的信号输入端连接。
[0009]作为优选，所述大功率M0S电路通过电流反馈电路和A/D转换器与所述微控制器的信号输入端连接。
[0010]作为优选，还包括与所述系统管理控制器的控制端连接的用于驱动液晶显示装置的液晶电路。
[0011]作为优选，所述系统管理控制器采用NXP半导体公司的ARM7内核微控制芯片LPC2148，所述系统管理控制器上连接有JTAG调试接口、B型USB接口和外部数据及控制总线。
[0012]作为优选，所述CCD时钟发生电路包括时钟发生器，所述时钟发生器为8位微控制器C8051F410。
[0013]作为优选，所述驱动电路由8只运放AD8057构成的同相放大器组成。
[0014]作为优选，所述低通滤波电路是以运放AD8057为核心的等值元件低通滤波电路。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型在一实施例中的电路结构示意图；
[0016]图2是图1中系统管理控制器的电路连接原理图；
[0017]图3是图1中TFT液晶显示电路原理图；
[0018]图4是图1中CCD时钟发生器电路图；
[0019]图5是图1中CCD时钟发生电路的驱动时钟时序图；
[0020]图6是C⑶单帧数据采集时序图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细阐述。
[0022]如图1所示，本实用新型公开的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统包括系统管理控制器11、与所述系统管理控制器11连接的用于光源驱动的数控恒流源电路及用于驱动阵列探测器进行光谱采集的阵列探测器驱动电路；
[0023]所述数控恒流源电路包括微控制器12、与所述微控制器12连接的M0S驱动电路18和大功率M0S电路19，可以实现对LED和溴钨灯等光源的驱动；在具体实施中，所述大功率M0S电路19通过电流反馈电路20和A/D转换器与所述微控制器12的信号输入端连接，通过电流反馈电路(20)，信号被输入至12位的A/D转换器，然后由微控制器进行实时监控和调节；
[0024]所述阵列探测器驱动电路包括与所述系统管理控制器的控制端连接的CCD时钟发生电路21，所述时钟发生电路21通过驱动电路14与阵列探测器安装插座15连接，阵列探测器安装在阵列探测器安装插座15上，阵列探测器的信号输出端通过低通滤波电路16和CCD信号处理电路17与所述系统管理控制器11的信号输入端连接;所述的CCD时钟发生电路21可针对不同的CCD型号产生合适的驱动脉冲模式，使得本系统可以配置多种线阵CCD型号使用；低通滤波电路由数字电位器构成，可以通过处理器实时调整滤波器参数;(XD信号处理电路采用双采样技术，可以大大的降低转移时钟引入的噪声；
[0025]在一优选实施例中，所述系统管理控制器11采用NXP半导体公司的ARM7内核微控制芯片LPC2148，所述系统管理控制器11上连接有JTAG调试接口、B型USB接口和外部数据及控制总线;经(XD信号处理电路17处理所得的数字信号由ARM7微控制器LPC2148采集、存储；在具体实施中，还可包括与所述系统管理控制器11的控制端连接的用于驱动液晶显示装置的液晶电路13，例如，液晶显示装置为TFT式液晶显示屏，通过TFT液晶电路实时显示，系统和外部的通信通过LPC2148的USB接口实现。
[0026]作为优选，所述CCD时钟发生电路包括时钟发生器，所述时钟发生器为8位微控制器C8051F410，利用其工作主频高的特点(50MIPS)，作为C⑶驱动时钟发生器，能够满足大多数线阵CCD时钟频率要求。
[0027]作为优选，所述驱动电路由8只运放AD8057构成的同相放大器组成，其作用是调整CCD驱动时钟的信号幅值，使其适应不同信号的CCD的要求，并且给驱动信号提过较大的带负载能力。
[0028]作为优选，所述低通滤波电路是以运放AD8057为核心的等值元件低通滤波电路。
[0029]C⑶检测积分时间的自适应控制的实现:
[0030]当外部因素要求检测光强需恒定不变时，通过自适应改变CCD的积分时间来获得最大的信噪比和针对不同检测体系的优良的光谱，系统管理控制器11通过串口通知微控制器12保持特定的光强不变，微控制器12执行命令，打开光源，然后反馈当前光源参数给系统管理控制器11，系统管理控制器11确认并通过TFT液晶显示屏显示，然后系统管理控制器11通过串口通知时钟发生器以特定的积分时间进行扫描，同时按照该扫描频率设置低通滤波电路的参数，然后采集一帧光谱信号；系统管理控制器11分析光谱信号有没有达到或者超过所设定的阈值，然后进行相应的积分时间的调整，并通知时钟发生器调整后的参数，再次扫描比较，重复以上步骤直到所得光谱数据值落入阈值范围，最后，数据通过USB口上传上位机，自适应控制积分时间实现完成。
[0031]光强自适应调整的实现:
[0032]当外部因素要求特定的CCD检测积分时间时，通过自适应调整光强来获得最大的信噪比和优良的光谱。系统管理控制器11通过串口通知微控制器12以最大光源功率的二分之一打开光源，然后微控制器12反馈当前光源参数给系统管理控制器11，系统管理控制器11确认并通过图3的TFT液晶显示，然后系统管理控制器11通过串口通知时钟发生器以特定的积分时间进行扫描，同时按照该扫描频率设置低通滤波电路参数，然后采集一帧光谱信号；系统管理控制器11分析光谱信号有没有达到或者超过所设定的阈值，然后进行相应的光源功率的调整，并通知微控制器12调整后的参数。再次扫描比较，重复以上步骤直到所得光谱数据值落入阈值范围。最后，数据通过USB 口上传上位机，自适应调整光强实现完成。
[0033]以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，其特征在于:包括系统管理控制器、与所述系统管理控制器连接的用于光源驱动的数控恒流源电路及用于驱动阵列探测器进行光谱采集的阵列探测器驱动电路;所述数控恒流源电路包括微控制器、与所述微控制器连接的MOS驱动电路和大功率MOS电路;所述阵列探测器驱动电路包括与所述系统管理控制器的控制端连接的CCD时钟发生电路，所述时钟发生电路通过驱动电路与阵列探测器安装插座连接，阵列探测器的信号输出端通过低通滤波电路和CCD信号处理电路与所述系统管理控制器的信号输入端连接。2.如权利要求1所述的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，其特征在于:所述大功率MOS电路通过电流反馈电路和A/D转换器与所述微控制器的信号输入端连接。3.如权利要求1或2所述的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，其特征在于:还包括与所述系统管理控制器的控制端连接的用于驱动液晶显示装置的液晶电路。4.如权利要求1所述的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，其特征在于:所述系统管理控制器采用NXP半导体公司的ARM7内核微控制芯片LPC2148，所述系统管理控制器上连接有JTAG调试接口接口和外部数据及控制总线。5.如权利要求1所述的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，其特征在于:所述C⑶时钟发生电路包括时钟发生器，所述时钟发生器为8位微控制器C8051F410。6.如权利要求1所述的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，其特征在于:所述驱动电路由8只运放AD8057构成的同相放大器组成。7.如权利要求1所述的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，其特征在于:所述低通滤波电路是以运放AD8057为核心的等值元件低通滤波电路。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统，包括系统管理控制器、与所述系统管理控制器连接的用于光源驱动的数控恒流源电路及阵列探测器驱动电路；所述数控恒流源电路包括微控制器、MOS驱动电路和大功率MOS电路；所述阵列探测器驱动电路包括CCD时钟发生电路，所述时钟发生电路通过驱动电路与阵列探测器安装插座连接，阵列探测器通过低通滤波电路和CCD信号处理电路与系统管理控制器连接。本实用新型公开的用于光谱采集的光源及阵列探测器驱动系统可针对不同的光源和探测器实现灵活的配置，能够适用于大部分的应用场合，是一种平台型的电路系统。
【IPC分类】G01J3/02, G01J3/10
【公开号】CN205138640
【申请号】CN201520719892
【发明人】付庆波
【申请人】付庆波
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年9月17日