王远，张宁，耿振华，徐熙平

（长春理工大学 光电工程学院，长春 130022）

光谱仪是分析物质物理化学组成的重要分析仪器。传统光谱仪由于在体积、重量、结构以及扫描时间上都无法达到现场和多波长的同时检测，仅仅适合在实验室做一些光谱分析的实验，工程应用价值受限，因此光谱仪的小型化成了研究的主要方向，小型光谱仪具有体积小、重量轻、数据采集和处理速度快、光谱响应范围宽等优点，具有广泛的应用领域和市场价值［1］。

本系统采用最新的半导体传感技术和现代可编程控制技术进行了光谱数据采集系统的研究，对光学系统、硬件电路与软件程序进行设计，结合光谱仪系统的使用要求，实现光谱仪小型化的目的，主要技术指标为：测量范围400～800nm，光谱分辨率0.2nm。

1 系统总体设计

在设计光路方面，应用Czerny-Turner结构，使成像光线和入射光线在空间内的路径上交叠，这样做既减小了整体尺寸又可以使光谱像面的位置与光栅、准直物镜及狭缝的位置在空间上不发生干涉。线阵CCD接收光学系统结构示意图如图1所示。

图1 线阵CCD接收光学系统结构示意图

采用这样对称的光路结构可提高整个光学系统的分辨率和色散能力，在微型光谱仪小型化要求下使得光程更长。同时，该结构可以保证光线在光栅的主截面内发生色散，并且反射镜系统没有色差，便于得到平直的谱面。

入射光经过分光光栅分光后，照射到线阵CCD上，线阵CCD接收被光栅分离开的光，并转化成电信号，传送给FPGA，FPGA经过信号处理后通过USB接口将数据发送给上位机。……