袁谦 黄波 张多英 吴霞 罗志 杨恢东 贺冠南

关键词： 便携式光谱仪; 模块化设计; 去噪处理; 数据采集; 光谱测量; 谱线校验

中图分类号： TN919.5?34                  文献标识码： A                           文章编号： 1004?373X（2019）06?0100?05

Abstract： A practical portable spectrometer is established by adopting a modular design scheme combining the FPGA with the linear CCD， so as to effectively realize portable design of the spectrometer. The EP4CE30F23C8N chip of Altera′s CLCLONE IV series is used for the FPGA. Toshiba′s TCD1304 is used for the CCD. The CCD drive control， and acquisition and transmission of spectral data were completed in the system. The data transmitted to the PC is denoised with Matlab， and drawn into the spectral curve. The mercury lamp is selected as the standard light source for system calibration. The spectral line calibration coefficients of the spectrometer are determined by using five standard spectral characteristic peaks of the mercury lamp. The test results show that the spectral resolution ratio can reach 10 nm， and the system can realize spectral measurement of the visible light band， which has a good practicability.

Keywords： portable spectrometer; modular design; de?noising processing; data acquisition; spectral measurement; spectral?line validation

0  引  言

光谱仪是一种用于光谱分析的仪器，它主要应用光学的色散原理将不同频率的光按一定规律在空间中分开形成光谱，广泛应用于各个领域。目前使用的光谱仪种类主要有荧光光谱仪、傅里叶变换光谱仪、拉曼光谱仪和光纤光栅光谱仪等。

在国外，便携式光谱仪的研究较为成熟，设计了许多性能先进的便攜式光谱仪器，比较具有代表性的有美国海洋光学公司的HR2000+型高分辨率光谱仪，美国Photo Research公司的PR?650型光谱光度、色度计。在国内，便携式光谱仪的研究工作目前仍处于起步阶段，真正能够商品化的仪器有限。

由于市场上传统的光谱仪结构相对比较复杂，不仅价格昂贵，而且体积较大，因此将光谱仪做成便携式是其发展的必然趋势[1?2]。如何有效地实现光谱仪的便携式设计是一个难点，与传统的光谱仪相比，目前主要有以下三点改进方向。首先，采用较为小型且适用于光谱仪的CCD作为光电探测器。与传统的光电倍增管相比，采用CCD作为探测器，省去了光电倍增管及其高压电源和扫描机构。其次，采用模块化设计的方案，方便各个模块的调试和研究。最后，采用常用的光学技术和数据通信技术，保证仪器的便携性和实用性。

针对上述要求，本文提出一种选用线性CCD作为光电探测器，FPGA作为主控制器的技术方案，搭建了一套实用的便携式光谱仪。……