[发明专利]一种覆盖可见光的宽波段高灵敏度光谱采集测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及微电子、电路设计技术领域，具体地说是一种覆盖可见光的宽波段高灵敏度光谱采集测试系统。

背景技术

随着航空航天、遥感遥测、生物医学，食品卫生、机载探测、跟踪，微光夜视侦察跟踪和光电武器制导系统等领域的突破性发展，对光谱分析、光谱检测提出了更高分辨率、更高灵敏度等要求。在光谱测试中，检测光的光探测器对分析结构有决定性作用。高灵敏度光电探测器因为能探测一定波长范围内的所有谱线，在现代光谱采集系统中获得了越来越广泛的应用。光谱采集系统的主要任务是将来自于色散系统的输出光信号转化并显示为被研究物质的参数的数值或图样。这些数值或图样是进行后续光谱信号处理及分析的基础，并且接收系统的性能直接影响到光学系统的设计以及整个光谱仪的灵敏度、分辨率等。

目前，国内使用的光谱仪均采用CCD阵列探测器，CCD阵列探测器的响应光谱慢，积分时间长，分辨率和灵敏度都比较低，虽然光谱仪在PC机的支持下可以快速、直观的对物质进行定性、定量分析，但便携性较差，尤其是野外条件下则不便于检测。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种覆盖可见光的宽波段高灵敏度光谱采集测试系统，它采用量子点-量子阱光电探测器与CDS对接的读出电路和基于ARM的嵌入式信号采集和处理电路，实现256像元探测器在200~1100nm波段的光谱在仪器终端进行采集、显示和存储，具有结构简单，体积小，微光探测精度高，快速便捷，适于便携移动使用，有利于推动光电探测器在微光低辐照度探测领域的广泛应用。 

本发明的目的是这样实现的：一种覆盖可见光的宽波段高灵敏度光谱采集测试系统，其特点是该测试系统由光源、采集光路、光电器件、信号采集电路、ARM处理电路和触摸显示屏组成，光源由氙灯和溴钨灯组成连续可调光谱范围为200~2500nm波段辐射的点光源；采集光路为准直透镜、全息光栅和聚焦透镜构成的光学平台；光电器件为量子点-量子阱光电探测器与CDS对接的读出电路；信号采集电路由时序发生器、A/D转换器和缓冲器组成的信号采集装置；ARM处理电路由缓冲芯片、ARM主板和接口组成的信号处理装置；光源通过石英光纤将模拟的全太阳光谱由狭缝入射进入采集光路，模拟的全太阳光谱经准直透镜成为平行光，然后经全息光栅照射到聚焦透镜，由聚焦透镜汇聚后入射到光电器件的光电探测器上，并由读出电路将光谱的电流信号转换成电压信号输入信号采集电路，信号采集电路的A/D转换器将信号转换后由缓冲器输入ARM处理电路，ARM处理电路将接入的光谱信号经缓冲芯片输入ARM主板，ARM主板将输入的光谱数据由嵌入系统运行的ARM信号处理软件进行数字滤波、显示和保存处理后由触摸显示屏进行光谱的采集和测试。

所述时序发生器为产生驱动光电器件控制信号、A/D转换器控制信号和缓冲器写信号的时序逻辑器件。 

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）、灵敏度高，信噪比大，探测波段范围宽，覆盖到近紫外、可见光和近红外波段，弥补了CCD器件探测波段的不足；

（2）、增益自动可调，积分时间短，最短的积分时间可达10ms；

（3）、实现256像元探测器在200~1100nm波段的光谱在仪器终端进行采集、显示和存储的一体化，结构简单，体积小，微光探测精度高，快速便捷，适于便携移动使用，有利于推动光电探测器在微光低辐照度探测领域的广泛应用。 

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为采集光路结构示意图；  

图3为信号采集电路结构示意图；

图4为ARM处理电路结构示意图。

具体实施方式

参阅附图1，本发明由光源1、采集光路2、光电器件3、信号采集电路4、ARM处理电路5和触摸显示屏6组成，光源1通过石英光纤将模拟的全太阳光谱入射采集光路2，采集光路2将模拟的全太阳光谱汇聚后入射到光电器件3，光电器件3为量子点-量子阱光电探测器与CDS对接的读出电路，读出电路将探测器产生的电流信号转换成电压信号，并且在信号采集电路4的信号控制下依次输入ARM处理电路5，ARM处理电路5将接入的光谱信号由嵌入系统运行的ARM信号处理软件进行数字滤波、显示和保存处理后由触摸显示屏6进行光谱的采集和测试。