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電腦快速測(cè)色儀的硬件系統(tǒng)

2010-10-07

                                        快速測(cè)色儀的硬件系統(tǒng)
    目前，在國(guó)際市場(chǎng)上出現(xiàn)的多通道快速測(cè)色系統(tǒng)有不同的品種和型號(hào)，每種產(chǎn)品都有其具體的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，所采用的器件和電路原理也不盡相同。本篇章將介紹這類(lèi)儀器的典型硬件設(shè)計(jì)思路，表示一種比較通用的方法，給讀者提供一些參考。快速測(cè)色儀的硬件系統(tǒng)主要由廣電信號(hào)的處理、照明光源的驅(qū)動(dòng)電路，計(jì)算機(jī)接口為測(cè)色系統(tǒng)電氣部分提供了總的協(xié)調(diào)與控制，并承擔(dān)測(cè)色系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。在雙光束系統(tǒng)中參考通道與車(chē)輛通道的結(jié)構(gòu)相同，否則參考通道由監(jiān)事照明光源波動(dòng)的快速光電二極管及其放大與采保電路組成。
   1、測(cè)量通道
   所謂測(cè)量通道或主要通道就是由SPD探測(cè)經(jīng)多色儀色散的來(lái)自被測(cè)反射樣品的光譜信號(hào)并予以放大和A/D變換等處理的途徑。
   為了實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光區(qū)（380~780nm）光譜信號(hào)的快速探測(cè)，通常采用平行探測(cè)法，將探測(cè)器列陣置于多色儀腳面上，同時(shí)檢測(cè)被色散的所有輻射。平行探測(cè)器包括感光乳劑、光電倍增光、光電圖象探測(cè)器等.在 OID中又包括電子束顯像管、硅、氧化鉛和氯化鉀攝像管以及各種固體圖像器，如自掃描光電二極管列陣（SPD）、電荷耦合器件（CCD）和電荷注入裝置（CID）等。目前，OID的折中性能和低的生產(chǎn)量（這種低生產(chǎn)量限制了它的商品化生產(chǎn)）嚴(yán)重地制約了它哎光譜探測(cè)中的應(yīng)用，其中的一個(gè)例外便是自掃描光電二極管列陣（SPD）。
   SPD作為OID具有其共性：（1）同時(shí)性（即多光路優(yōu)點(diǎn)），對(duì)光譜的整個(gè)波段同時(shí)探測(cè)，使測(cè)得量所需觀測(cè)時(shí)間相應(yīng)減少;(2)積分性（OID獨(dú)有的特性），可對(duì)弱光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)：（3）特別適與大量的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，使原始光譜數(shù)據(jù)的解釋大為方便。SPD作為廣電探測(cè)器本身具有的優(yōu)點(diǎn)：1、高的量子效率：2、寬的動(dòng)態(tài)范圍;3、低的暗電流；4、便于外圍設(shè)計(jì)。
   光學(xué)多通道分析儀（OMA）特別適用于二極管列陣在毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)過(guò)程中作為多道分析儀（OMA）特別適用于二極管列陣在毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)過(guò)程中作為多道探測(cè)器，因?yàn)樵诤撩霑r(shí)間范圍的時(shí)間分辨，SPD是適宜的圖像器。
    在選用SPD時(shí)，除了考慮一般的同性外，還應(yīng)考察其頻響特性、廣電響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍等，器件的這些性能指標(biāo)均為確保測(cè)色系統(tǒng)的測(cè)量精確度提供了可靠的基礎(chǔ)和前提。
    SPD的工作是在其自行配套的驅(qū)動(dòng)電路的控制下進(jìn)行的。驅(qū)動(dòng)電路由控制信號(hào)發(fā)生器和視頻信號(hào)處理單元兩部分組成。控制信號(hào)發(fā)生器是以個(gè)可變成邏輯器件，其產(chǎn)生起始脈沖和兩廂時(shí)鐘脈沖，已掃描MOS移位寄存器。它通常還提供了一個(gè)復(fù)位脈沖來(lái)復(fù)位在視頻線上產(chǎn)生的信號(hào)電壓。這些信號(hào)與外部主時(shí)鐘脈沖同步，并由主汽動(dòng)脈初始化。在測(cè)量不同的反射樣品時(shí)光信號(hào)的強(qiáng)弱變化很大，而SPD是以電荷積分模式工作的，在光強(qiáng)較小時(shí)只有延長(zhǎng)積分時(shí)間才能增大。而積分時(shí)間等于兩個(gè)連續(xù)掃描的MASTERSTART之間的間隔，另一方面信號(hào)讀出時(shí)間又取決于ＭＡＳＴＥＲ　ＣＬＯＣＫ的頻率。所以，在連續(xù)掃描讀出工作方式下（直流光源照明），每個(gè)象元的積分時(shí)間取決于MASTER CLOCK的頻率，而在單次掃描讀出工作方式下（脈沖光源照明），讀出時(shí)間將直接影響信號(hào)的精度（各象元保持的電荷因放電而導(dǎo)致信號(hào)誤差），此時(shí)希望MAS_TER CLOCK頻率盡量大些。介于此，在外圍電路設(shè)計(jì)中，常采用可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生MASTER CLOCK脈沖，而該時(shí)鐘的來(lái)源可以是專(zhuān)用計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘或由獨(dú)立的晶振時(shí)鐘電路來(lái)發(fā)生，同時(shí)必須考慮到SPD驅(qū)動(dòng)電路的更高允許主時(shí)鐘電路來(lái)發(fā)生，同時(shí)必須考慮到SPD驅(qū)動(dòng)電路的更高允許主時(shí)頻率。
2、參考通道
   參考通道主要用于檢測(cè)照明光源的穩(wěn)定性，對(duì)脈沖光源和直流光源具有不同的要求和電氣構(gòu)成。
   在用脈沖光源作為照明光源時(shí)，參考通道不僅要檢測(cè)脈沖照明光的光譜組成和能量波動(dòng)，而且同時(shí)要實(shí)時(shí)判定光脈沖束點(diǎn)時(shí)刻以配合SPD的數(shù)據(jù)及時(shí)采集。
   當(dāng)儀器的結(jié)構(gòu)采用雙光束形式時(shí)，參考通道的電氣組成與測(cè)量主通道完全相同，這樣可以做到對(duì)測(cè)量光譜范圍內(nèi)的每個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行精確修正，使測(cè)量結(jié)果的精度幾乎不受照明穩(wěn)定性的影響。目前，在這類(lèi)儀器中的大部分都是采用雙光束光學(xué)結(jié)構(gòu)的，所以它們的測(cè)量精度非常高。

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