专利名称：嵌入式光电光谱分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及嵌入式光电光谱分析仪。
背景技术：
随着光电技术的不断发展以及人们对光电器件产品的不断开发 与完善，光电产品的应用越来越深入到人们的日常生活中，光电探测 器件例如光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池等广泛应用于 军用、民用、工业、科研和医学等领域。而光电光谱特性是评价光电 探测器件性能的重要特性指标，只有了解了相应光电探测器件的属性， 才能使其在各个领域内更好的应用与发展。同时，伴随着这些基础光 电探测器件的普及，在认识和学习光电理论的教学中，人们更加重视 对光电探测器件的光电特性及光谱特性的真正意义，而不是仅仅局限 于书本上公式和曲线坐标的描述。利用电学知识和光学常识通过实验 真切清晰地观测光电光谱特性显示出了相当的必要性，研究、测量光 电器件的光电特性及光谱特性，给出光电器件质量的科学评价，对光 电器件设计及应用具有极其重要的意义。近年来，如何用一种简便、 精确、实用的方法测量、评价光电探测器件的光电光谱特性，已经成 为值得从事光电器件生产的公司和研究光电器件的工作者们迸行深 入研究的光电特性一项重要课题。然而，传统光电探测器件的光电光 谱测量方法都由光电器件的生产公司自行设计电路独自测量，同时市 场上也出现了一些测试产品，虽然应用得相似的测量原理，但测试对象大都不是光电探测器件本身，而且比较笨重。所以一种完全针对测 量光电探测器件的光电光谱特性的仪器对进行光电器件的质量监控 及辅助设计等具有十分重要的意义。
光电探测器件光电光谱特性理论已经相当成熟，将这一理论依据
应用于测试仪器在国内已经不是少数。赛凡光电的光电仪器系列E-0 Instruments利用物质的光谱与其内部成分、结构、运动状态或表面 状态的直接对应的关系，通过光谱测量就能获取物质内、外信息，在 获取光谱特性的过程中虽然用到了相应的光电探测器件,但仪器针对 的是不同物质材料的光谱分析。针对光电特性测量的CSY-GLGD01光 电特性综合实验台囊括了不同光电器件特性实验和光学演示实验，主 要面向教学应用。
以上两种产品虽然都基于光电光谱特性，但针对领域各不相同， 前者旨在测量光源或不同物质光谱特性，后者虽然涉及范围很广，其 中包括了光电器件的光电光谱特性实验，但试验台笨重且基于教学的 理论研究，不适用于对专门光电探测器件的特性检测。当要求对光电 探测器件的专门检测精度时，以上两种仪器显然不适合，而且不易携 带。(参考文献朱辉光电特性综合测试实验系统研究)
发明内容
为了解决己有技术存在的问题，本发明提供了便携式一体化的光 电光谱分析仪的测量装置。
如附图1所示，本发明提供了嵌入式光电光谱分析仪包括光学单 元和电子单元；所述的光学单元包括光源3、凹面镜4、光栅5和凹面镜6;
所述的电子单元包括步进电9、光电探测器件12、电机驱动单元 13、数字开关14、信号放大单元15、 A/D转换器16、单片机控制器 17、嵌入式处理器-ARM918和液晶触摸屏19;
所述的嵌入式处理器-ARM9 18安装有WINCE操作系统，该嵌 入式光电光谱分析仪的运行程序存储在嵌入式处理器-ARM9 18中， 其程序流程图如图2所示；
所述的光源3发出的光束经过入射狭缝入射到凹面镜4，凹面镜 4将光束反射到光栅5上；光栅5固接于底座10上面，步进电机9 固接于该底座10下面，磁钢11固定在步进电机9上；所述的嵌入式 处理器-ARM9 18通过运行程序发指令给电机驱动单13控制步进电 机9转动，步进电机9转动带动磁钢11、底座10及其上面的光栅5 转动；
限位开关7、限位开关8实质为霍尔开关，通过感应磁钢11的 磁信号来确定光栅5的转动角度和初始位置及终点位置，本发明中初 始位置与终点位置的转动角度为117度，并将感应到的磁信号转换为 电信号回送给电子单元的嵌入式处理器-ARM9 18，嵌入式处理器 -ARM9 18控制电机驱动单元13在确定光栅5转动到终点位置后向相 反方向转动；周而复始；
经过光栅5分离的不同波长的光信号再通过第二个凹面镜6汇聚 到光电探测器件12上；数字开关14开启，信号放大单元15将所述 光电探测器件12采集的光信号放大送至A/D转换器16，单片机控制器17控制A/D转换器16完成数模转换，并将数据通过串口传输给 嵌入式处理器-ARM9 18完成后续处理，嵌入式处理器-ARM9 18将 数据处理并在液晶触摸屏19上显示光电或光谱曲线。
如附图2所示，下面介绍保存在嵌入式处理器-ARM9 18中嵌入 式光电光谱分析仪的程序流程。
在启动开始步骤20之后，操作者进行初始化步骤21，首先进行
参数设定步骤，操作者将所选择测量器件种类、器件分析特性、采集 样本个数信息输入嵌入式处理器-ARM9 18，以此样本个数决定光栅5 每步转动的角度，整个测量过程的总转动角度为117度，则光栅5每 步的转动角为117度除以样本个数；同时，初始化步骤21还要完成 电子单元中光栅5位置的初始化，即嵌入式处理器-ARM9 18发指令 给电机驱动单元13间接控制步进电机9带动光栅5旋转，当光栅5 转动到终点位置，磁钢11发出的磁信号被限位开关8感应到并转换 为电信号回送给电子单元的嵌入式处理器-ARM9 18，嵌入式处理器 -ARM9 18控制电机驱动单元13控制电机9带动光栅5向相反方向转 动，直到转到限位开关7确定的初始位置，初始化步骤21完成；
执行步骤22，判定开始按钮是否按下；判断是肯定的，则进行 步骤23;判断是否定的，则执行步骤24，继续判断检测开始按钮是 否按下，直到判断是肯定的，进行步骤25;
进行步骤19，在电机驱动单元13控制下，步迸电机9按照参数
设定步骤选择的采集样本个数确定步进到的一个位置；
执行步骤24，判断嵌入式处理器-ARM9 18串口是否有数据传输进来，判断是否定的，则进行步骤24;判断是肯定的，则进行步骤 25，处理采集数据并保存计算结果；
执行步骤26，判断采集样本个数是否小于预设值，判断是肯定 的，则执行步骤23，电机驱动单元13控制步进电机9步进到一个新 的位置，光栅5转动了一个角度，出射狭缝的光波长发生变化，光电
探测器件12采集新的光信号；判断是否定的，则执行步骤27;
执行步骤27，进行后续的数据处理，包括嵌入式处理器-ARM9 18 进行曲线拟合，得到相应的光电或光谱特性曲线，并且显示相应的数 据信息；
执行步骤28，把数据处理结果显示在液晶触摸屏19上，得到二 维光谱曲线；
执行步骤29，判断是否退出程序，操作者若继续新一轮的测量， 则执行步骤20按下开始测量按钮；结束测量，执行步骤30退出。
有益效果嵌入式光电光谱分析仪测量装置是以光电探测器件 12为被测对象，对光电探测器件12进行光电特性及光谱特性的分析 与描述，通过嵌入式处理器-ARM9 18控制单片机控制器17间接控制 数字开关14开启，信号放大单元15将所述光电探测器件12采集的 光信号放大送至A/D转换器16，单片机控制器17控制A/D转换器 16完成数模转换，并将数据通过串口传输给嵌入式处理器-ARM9 18， 嵌入式处理器-ARM9 18同时运行嵌入式光电光谱分析仪测量装置执 行程序进行数据拟合和处理，得到被测光电探测器件12的光谱特性 曲线和光电特性曲线，并将结果显示在液晶触摸屏19上。其可以应用于教学与产品检测。嵌入式光电光谱分析仪体积小，工作无需个人 计算机，使用方便。
图1是嵌入式光电光谱分析仪测量装置的系统原理框图。
图2是嵌入式光电光谱分析仪测量装置软件流程图。
具体实施例方式
实施例1本发明嵌入式光电光谱分析仪测量装置包括光学单 元、电子单元两个部分；电子单元通过光电探测器件12、步进电机9 与光学单元连接；光源3发出的光束经过入射狭缝入射到凹面镜4， 凹面镜4将光束反射到光栅5上，光栅5用于分离不同波长的光，这 些不同波长光再通过凹面镜6汇聚到出光狭缝；光栅5通过旋转底座 与电子单元的步进电机9连接，电子单元的步进电9带动旋转底座 10转动，同时光栅5随之转动，通过出光狭缝出射出不同波长的光 到电子单元的光电探测器件12上；
如附图1所示，为嵌入式光电光谱分析仪测量装置的系统原理框 图。光学单元的构成由光源3、凹面镜4、光栅5、凹面镜6组成； 光源3发出的光束经过入射狭缝入射到凹面镜4，凹面镜4将光束反 射到光栅5上，光栅5用于分离不同波长的光，这些不同波长光再通 过凹面镜6汇聚到出光狭缝，不同波长的光由电子单元的光电探测器 件12接收；电子单元的步进电机9直接固定在底座10下面，带动底 座10转动，实现光栅5随之转动，从而实现不同波长的光从出射狭 缝出射；限位开关7、限位开关8实质为霍尔开关，通过感应磁钢ll的磁信号来确定光栅5的转动角度和初始位置及终点位置，本发明中
初始位置与终点位置的转动角度为117度，并将感应到的磁信号转换 为电信号回送给电子单元的嵌入式处理器-ARM9 18，嵌入式处理器 -ARM9 18控制电机驱动单元13在确定光栅5转动到终点位置后向相 反方向转动；周而复始；如附图l所示的电子单元的构成包括步进电 机9、光电探测器件12、电机驱动单元13、数字开关14、信号放大 单元15、 A/D转换器16、单片机控制器17、嵌入式处理器-ARM9 18、 液晶触摸屏19;所述的电机驱动单元13接收嵌入式处理器-ARM9 18 的控制命令控制步进电机9，带动光栅5旋转，同时光电探测器件12 采集不同波长的光信号，当数字开关14开启，信号放大单元15将所 述光电探测器件12采集的光信号放大送至A/D转换器16，单片机控 制器17控制A/D转换器16完成数模转换，并将数据通过串口传输 给嵌入式处理器-ARM9 18完成后续处理，嵌入式处理器-ARM9 18 将数据处理并在液晶触摸屏19上绘制出二维曲线；
嵌入式光电光谱分析仪的执行程序保存在嵌入式处理器-ARM9 18中，嵌入式处理器-ARM9 18安装有WINCE操作系统，所述的执 行程序的运行流程如附图2所示；
在启动开始步骤20之后，操作者进行初始化步骤21，首先进行
参数设定步骤，操作者将所选择测量器件种类、器件分析特性、采集 样本个数信息输入嵌入式处理器-ARM9 18，以此样本个数决定光栅5 每步转动的角度，整个测量过程的总转动角度为117度，则光栅5每 步的转动角为117度除以样本个数；同时，初始化步骤21还要完成电子单元中光栅5位置的初始化，即嵌入式处理器-ARM9 18发指令 给电机驱动单元13间接控制步进电机9带动光栅5旋转，当光栅5 转动到终点位置，磁钢11发出的磁信号被限位开关8感应到并转换 为电信号回送给电子单元的嵌入式处理器-ARM9 18，嵌入式处理器 -ARM9 18控制电机驱动单元13控制电机9带动光栅5向相反方向转 动，直到转到限位开关7确定的初始位置，初始化步骤21完成；
嵌入式处理器-ARM9 18执行步骤21，判定开始按钮是否按下； 如果判断是肯定的，则进行步骤23;如果判断是否定的，则执行步 骤22，继续判断检测开始按钮是否按下，直到判断是肯定的，进行 步骤23;
进行步骤23，在电机驱动单元13控制下，步进电机9按照参数 设定步骤选择的采集样本个数确定步进到一个位置后，嵌入式处理器 -ARM9 18执行步骤24，判断嵌入式处理器-ARM9 18串口是否有数 据传输进来，如果判断是否定的，则进行步骤24;如果判断是肯定 的，则进行步骤25，处理采集数据并保存计算结果；
紧接着，嵌入式处理器-ARM9 18执行步骤26，判断采集样本个 数是否小于预设值，如果判断是肯定的，则执行步骤23，电机驱动 单元13控制步进电机9步进到一个新的位置，光栅5转动了一个角 度，出射狭缝的光波长发生变化，光电探测器件12采集新的光信号； 如果判断是否定的，则执行步骤27;
执行步骤27，进行后续的数据处理，包括嵌入式处理器-ARM9 18 进行曲线拟合，得到相应的光电或光谱特性曲线，并且显示相应的数据{言息；
执行步骤28，把数据处理结果显示在液晶触摸屏19上，包括显 示光电或光谱曲线，显示相应的数据结果，至此， 一次完整的光电光 谱特性分析完成。
执行步骤29，判断是否退出程序，操作者若继续新一轮的测量， 则执行步骤18按下开始测量按钮，如果结束测量，则关闭程序；执 行步骤30退出。
权利要求
1、嵌入式光电光谱分析仪，其特征在于，其包括光学单元和电子单元；所述的光学单元包括光源(3)、凹面镜(4)、光栅(5)和凹面镜(6)；所述的电子单元包括步进电(9)、光电探测器件(12)、电机驱动单元(13)、数字开关(14)、信号放大单元(15)、A/D转换器(16)、单片机控制器(17)、嵌入式处理器-ARM9(18)和液晶触摸屏(19)；所述的嵌入式处理器-ARM9(18)中装有WINCE操作系统，该嵌入式光电光谱分析仪的运行程序存储在嵌入式处理器-ARM9(18)中；所述的光源(3)发出的光束经过入射狭缝入射到凹面镜(4)，凹面镜(4)将光束反射到光栅(5)上；光栅(5)固接于底座(10)上面，步进电机(9)固接于该底座(10)下面，磁钢(11)固定在步进电机(9)上；所述的嵌入式处理器-ARM9(18)通过运行程序发指令给电机驱动单(13)控制步进电机(9)转动，步进电机(9)转动带动磁钢(11)、底座(10)及其上面的光栅(5)转动；限位开关(7)、限位开关(8)实质为霍尔开关，通过感应磁钢(11)的磁信号来确定光栅(5)的转动角度和初始位置及终点位置，所述的初始位置与终点位置的转动角度为117度，并将感应到的磁信号转换为电信号回送给电子单元的嵌入式处理器-ARM9(18)，嵌入式处理器-ARM9(18)控制电机驱动单元(13)在确定光栅5转动到终点位置后向相反方向转动；周而复始；经过光栅(5)分离的不同波长的光信号再通过第二个凹面镜(6)汇聚到光电探测器件(12)上；数字开关(14)开启，信号放大单元(15)将所述光电探测器件(12)采集的光信号放大送至A/D转换器(16)，单片机控制器(17)控制A/D转换器(16)完成数模转换，并将数据通过串口传输给嵌入式处理器-ARM9(18)完成后续处理，嵌入式处理器-ARM9(18)将数据处理并在液晶触摸屏(19)上显示光电或光谱曲线 id="icf0001" file="A2009100671950003C1.tif" wi="1" he="2" top= "89" left = "59" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>
全文摘要
本发明提供了便携式一体化的光电光谱分析仪的测量装置。其包括光学单元和电子单元；以光电探测器件(12)为被测对象，通过嵌入式处理器-ARM9(18)控制单片机控制器(17)进而控制数字开关(14)开启，信号放大单元(15)将光电探测器件(12)采集的光信号放大送至A/D转换器(16)，单片机控制器(17)控制A/D转换器(16)完成数模转换并将数据通过串口传输给嵌入式处理器-ARM9(18)，执行程序进行数据拟合和处理，得到被测光电探测器件(12)的光谱特性曲线和光电特性曲线，并将结果显示在液晶触摸屏(19)上。其可以应用于教学与产品检测。其体积小，无需计算机，使用方便。
文档编号G01M11/02GK101592694SQ20091006719
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者鹏 刘, 刘树晶, 王小曼, 王彩霞, 影 褚, 赵海丽 申请人:长春理工大学