基于CCD的原位分析仪的控制方法与流程

本发明涉及一种光谱采集设备控制技术，尤其涉及一种基于CCD的原位分析仪的控制方法。

背景技术：

原位分析仪是一种用于测定材料化学成分、元素成分分布、夹杂物分布及偏析度、疏松度的光电检测设备，其基本原理是，以逐点扫描方式激发样品表面产生原子激发光谱，通过光电检测设备对原子激发光谱进行采集，然后根据采集到的原子激发光谱对样品进行建模分析。

之前，原位分析仪中用于采集原子激发光谱的光电检测设备大多采用光电倍增管；与CCD相比，光电倍增管存在诸多劣势，随着CCD技术的日臻完善，在原位分析仪中用CCD替代光电倍增管实现谱线采集的技术已成为该领域的主流研发方向。

原位分析仪在进行谱线采集时，主要需要考虑两方面因素，其一，物质激发时发出的光谱覆盖范围较广，从短波紫外到长波红外几乎都有，其二，光学系统存在的像差无法避免，导致谱线在焦面聚焦后有一定的峰宽；考虑到前述两种因素，将CCD结合到原位分析仪中时，谱线采集装置通常采用无缝拼接的多片小像元尺寸CCD来搭建，将小像元尺寸的多片CCD进行无缝拼接，可实现高分辨精度的全谱采集；然而，随着像元尺寸的减小及光谱覆盖范围的增加，单片CCD的像元数及所使用的CCD数量也将成倍增加，以单片有效像元为3072元的CCD为例，当采用16位AD转换芯片时，单独一片CCD一个扫描点的数据量就有6KB，当CCD片数及扫描点增加，数据量也将成倍增加，若将所有CCD数据上传并逐一对所有谱线进行分析，不仅数据传输压力巨大、影响操作效率，而且后期的分析工作也较为复杂、工作量巨大，此外，海量的数据也不利于后续建模分析。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于CCD的原位分析仪的控制方法，所涉及的硬件包括上位机和原位分析仪；所述原位分析仪包括控制模块、数据传输模块和谱线采集装置，所述数据传输模块的控制部和谱线采集装置的控制部均与控制模块连接，数据传输模块的输入端与谱线采集装置的输出端连接, 数据传输模块的输出端与上位机的数据采集端连接；控制模块与上位机连接；所述谱线采集装置包括多片CCD；所述上位机能通过控制模块对数据传输模块和谱线采集装置的动作进行控制；所述数据传输模块用于将谱线采集装置采集到的数据传输至上位机；其创新在于：所述控制方法包括：

1）开机后，操作人员通过上位机向控制模块输入控制参数；所述控制参数包括CCD数量和单片CCD的像元规模；控制模块根据控制参数对谱线采集装置中的各片CCD进行识别，然后控制模块控制原位分析仪进入待机状态；

2）识别完成后，控制模块控制数据传输模块为CCD分配RAM存储空间和ROM存储空间；所述RAM存储空间用于存储CCD输出的像元信号, RAM存储空间内为每块CCD上的每个像元均分配有唯一的存储地址；所述ROM存储空间用于存储读出地址，所述读出地址的数量与存储地址的数量相同，且读出地址与存储地址一一对应；数据传输模块能根据读出地址将相应存储地址内的像元信号输出至上位机；

3）操作人员通过上位机向控制模块输入运行指令，控制模块根据运行指令驱动原位分析仪进行光谱采集，谱线采集装置将采集到的像元信号输出至数据传输模块；完成了运行指令所对应的任务后，原位分析仪重新进入待机状态；

4）收到谱线采集装置输出的像元信号后，数据传输模块将各个像元信号保存至对应的存储地址中,同时，数据传输模块根据读出地址将存储地址中的像元信号实时传输至上位机；

5）上位机收到数据传输模块输出的信号后，将信号处理为相应的光谱数据，由操作人员对光谱数据进行分析；操作人员在分析过程中，通过操作上位机，从光谱数据中选择出有用数据，有用数据所对应的读出地址记为有用地址，然后上位机将有用地址发送到控制模块，控制模块控制数据传输模块将ROM存储空间中与有用地址对应的读出地址置为有效，其余读出地址置为无效；

6）后续操作过程中，当数据传输模块收到谱线采集装置输出的像元信号后，数据传输模块仅将有用地址所对应的像元信号实时传输至上位机。

采用本发明方案后，技术人员在使用原位分析仪时，可通过操作上位机来对光谱数据进行筛选，从而甄选出有用数据，确定了有用数据后，后续运行过程中，数据传输模块就只会将有用数据所对应的像元信号传输至上位机，非有用数据所对应的像元信号不会被传输，这就可以有效降低后续操作过程中的数据传输量，减小传输压力，提高设备运行效率，同时也能有效减少需要分析的数据量，对分析工作也有较大的助益；需要说明的是，有用数据选择操作由人工操作完成，具体的选择机制，需由分析人员根据谱线分析的相关知识合理确定，本发明仅是在设备中增加了有用数据选择功能以及相应的选择传输功能，并不涉及具体的选择机制，因此，本发明未对光谱数据具体如何选择的问题作详细介绍，具体实施时，本领域技术人员可根据现有的光谱分析理论对光谱数据进行选择；另外，考虑到数据传输手段的公知性，本发明仅对本发明所提供的新功能进行了重点阐述，未对具体的技术细节作详细介绍，关于数据传输的具体细节问题，本领域技术人员应参考现有技术中的优选手段来理解本发明。

优选地，数据传输模块在向上位机输出像元信号时，采用串行方式输出。

本发明的有益技术效果是：提出了一种基于CCD的原位分析仪的控制方法，采用该方法后，原位分析仪可以对采集到的大量像元信号进行选择性传输，有效减少数据传输量，提高设备运行效率。

附图说明

图1、本发明的原理示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：上位机1、控制模块2、数据传输模块3、谱线采集装置4。

具体实施方式

一种基于CCD的原位分析仪的控制方法，所涉及的硬件包括上位机1和原位分析仪；所述原位分析仪包括控制模块2、数据传输模块3和谱线采集装置4，所述数据传输模块3的控制部和谱线采集装置4的控制部均与控制模块2连接，数据传输模块3的输入端与谱线采集装置4的输出端连接, 数据传输模块3的输出端与上位机1的数据采集端连接；控制模块2与上位机1连接；所述谱线采集装置4包括多片CCD；所述上位机1能通过控制模块2对数据传输模块3和谱线采集装置4的动作进行控制；所述数据传输模块3用于将谱线采集装置4采集到的数据传输至上位机1；其创新在于：所述控制方法包括：

1）开机后，操作人员通过上位机1向控制模块2输入控制参数；所述控制参数包括CCD数量和单片CCD的像元规模；控制模块2根据控制参数对谱线采集装置4中的各片CCD进行识别，然后控制模块2控制原位分析仪进入待机状态；

2）识别完成后，控制模块2控制数据传输模块3为CCD分配RAM存储空间和ROM存储空间；所述RAM存储空间用于存储CCD输出的像元信号, RAM存储空间内为每块CCD上的每个像元均分配有唯一的存储地址；所述ROM存储空间用于存储读出地址，所述读出地址的数量与存储地址的数量相同，且读出地址与存储地址一一对应；数据传输模块3能根据读出地址将相应存储地址内的像元信号输出至上位机1；

3）操作人员通过上位机1向控制模块2输入运行指令，控制模块2根据运行指令驱动原位分析仪进行光谱采集，谱线采集装置4将采集到的像元信号输出至数据传输模块3；完成了运行指令所对应的任务后，原位分析仪重新进入待机状态；

4）收到谱线采集装置4输出的像元信号后，数据传输模块3将各个像元信号保存至对应的存储地址中,同时，数据传输模块3根据读出地址将存储地址中的像元信号实时传输至上位机1；

5）上位机1收到数据传输模块3输出的信号后，将信号处理为相应的光谱数据，由操作人员对光谱数据进行分析；操作人员在分析过程中，通过操作上位机1，从光谱数据中选择出有用数据，有用数据所对应的读出地址记为有用地址，然后上位机1将有用地址发送到控制模块2，控制模块2控制数据传输模块3将ROM存储空间中与有用地址对应的读出地址置为有效，其余读出地址置为无效；

6）后续操作过程中，当数据传输模块3收到谱线采集装置4输出的像元信号后，数据传输模块3仅将有用地址所对应的像元信号实时传输至上位机1。

进一步地，数据传输模块3在向上位机1输出像元信号时，采用串行方式输出。