基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式光譜快速檢測(cè)儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式光譜快速檢測(cè)儀，其特點(diǎn)是該檢測(cè)儀由探頭、稱(chēng)合器、光電探測(cè)器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、微控器和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路組成，所述稱(chēng)合器將探頭導(dǎo)入的待測(cè)光以不同波長(zhǎng)的光分散投射到光電探測(cè)器，由讀出電路將電信號(hào)讀出后輸入放大電路，經(jīng)放大的電信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后由存儲(chǔ)器進(jìn)行緩存，由微控制器通過(guò)USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD顯示器或無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)行終端處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有模塊化、智能化，拓寬了光譜的工作范圍，提高了測(cè)量精度、靈敏度和速度，結(jié)構(gòu)緊湊，性能好，尤其滿(mǎn)足了環(huán)保、野外、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及星載分析檢測(cè)的集成化、小型化和輕量化的需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式光譜快速檢測(cè)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式生物光譜快速檢測(cè)儀。

【背景技術(shù)】
[0002]光譜儀器是用來(lái)研究和分析物質(zhì)的光譜的裝置，它的基本功能是測(cè)定所研宄的物質(zhì)吸收、發(fā)射、散射或者受激發(fā)射的光譜組成，包括它的波長(zhǎng)和強(qiáng)度等。光譜技術(shù)利用光線(xiàn)在被測(cè)樣品內(nèi)部的吸收、反射及散射特征來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品參數(shù)的檢測(cè)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、科技農(nóng)業(yè)、軍事分析以及工業(yè)流程監(jiān)控等領(lǐng)域，特別是食品安全、環(huán)境和生物監(jiān)測(cè)等大量民用光譜儀的需求正在不斷增長(zhǎng)。
[0003]隨著，高效低廉的光學(xué)元件及線(xiàn)性陣列檢測(cè)器件的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，二元光學(xué)等微制造技術(shù)的發(fā)展使光譜儀器從20世紀(jì)90年代初期逐漸擺脫了實(shí)驗(yàn)室的局限，向智能化、微型化和集成化方向發(fā)展。光譜技術(shù)的應(yīng)用延展到實(shí)驗(yàn)室之外的更加廣闊的領(lǐng)域，如環(huán)保、野外、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、星載分析檢測(cè)等，要求儀器牢固耐振，小型化和輕量化。
[0004]目前，便攜式光譜儀都采用硅材料CXD或CMOS陣列探測(cè)器，由于硅的帶隙1.1eV,導(dǎo)致其響應(yīng)范圍在可見(jiàn)光范圍及其附近，后端的數(shù)據(jù)處理必須要連接電腦才能顯示，使得光電接收器件與后端驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊化和集成化，結(jié)構(gòu)不緊湊，抗振動(dòng)、抗環(huán)境溫度壓力變化性能較差，尤其不能滿(mǎn)足智能化、小型化和輕量化發(fā)展的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式光譜快速檢測(cè)儀，采用量子效應(yīng)光電探測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸模塊，使光電接收器件與后端驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、模塊化和系統(tǒng)自動(dòng)化，進(jìn)一步拓寬了光譜的工作范圍，提高了測(cè)量精度、靈敏度和速度，結(jié)構(gòu)緊湊，抗振動(dòng)、抗環(huán)境溫度壓力變化性能好，尤其滿(mǎn)足了環(huán)保、野外、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及星載分析檢測(cè)的智能化、小型化和輕量化的需求。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式光譜快速檢測(cè)儀，其特點(diǎn)是該光譜快速檢測(cè)儀由光纖探頭、光纖稱(chēng)合器、量子效應(yīng)光電探測(cè)器、前端放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、FIFO存儲(chǔ)器、微控制器和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路組成，所述量子效應(yīng)光電探測(cè)器對(duì)接讀出電路；所述時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路為讀出電路、A/D轉(zhuǎn)換器和FIFO存儲(chǔ)器提供CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)；所述微控制器為設(shè)有WiFi模塊和USB接口的MCU主控芯片；所述光纖稱(chēng)合器將光纖探頭導(dǎo)入的待測(cè)光以不同波長(zhǎng)的光分散投射到量子效應(yīng)光電探測(cè)器進(jìn)行光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，由讀出電路將讀出的電信號(hào)輸入前端放大電路，經(jīng)放大的電信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸入FIFO存儲(chǔ)器，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器在時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路和微控制器協(xié)同下將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到靜態(tài)RAM，由存儲(chǔ)器連接的微控制器通過(guò)USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀XD顯示器或無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)行終端處理。
[0007]所述量子效應(yīng)光電探測(cè)器為Γ64元量子阱-量子點(diǎn)光電探測(cè)陣列。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有模塊化、智能化，進(jìn)一步拓寬了光譜的工作范圍，提高了測(cè)量精度、靈敏度和速度，結(jié)構(gòu)緊湊，抗振動(dòng)、抗環(huán)境溫度壓力變化性能好，尤其滿(mǎn)足了環(huán)保、野外、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及星載分析檢測(cè)的集成化、小型化和輕量化的需求。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]

【具體實(shí)施方式】
參閱附圖1，本發(fā)明由光纖探頭1、光纖稱(chēng)合器2、量子效應(yīng)光電探測(cè)器3、讀出電路4前端放大電路5、A/D轉(zhuǎn)換器6、FIF0存儲(chǔ)器7、微控制器8、IXD顯示器或無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊9和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路10組成。所述量子效應(yīng)光電探測(cè)器3為高靈敏度Γ64元量子阱-量子點(diǎn)光電探測(cè)陣列對(duì)接讀出電路4 ;所述A/D轉(zhuǎn)換器6采用LTC1608 16位AD轉(zhuǎn)換芯片，其工作電壓為+/-6V，內(nèi)置高性能采樣保持器和基準(zhǔn)電壓源；所述FIFO存儲(chǔ)器7采用靜態(tài)的RAM對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的CCD信號(hào)進(jìn)行緩存；所述時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路10為讀出電路4、A/D轉(zhuǎn)換器6和FIFO存儲(chǔ)器7提供CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)；所述微控制器8采用STM32F407含有MCU的主控芯片，主控芯片上設(shè)有WiFi模塊和USB接口。
[0011]本發(fā)明是這樣工作的:光纖稱(chēng)合器2將光纖探頭I導(dǎo)入的待測(cè)光以不同波長(zhǎng)的光分散投射到量子效應(yīng)光電探測(cè)器3進(jìn)行光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。量子效應(yīng)光電探測(cè)器3將檢測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流/電壓/電荷信號(hào)，光信號(hào)在量子阱-量子點(diǎn)的低維結(jié)構(gòu)受光激發(fā)得到空間分離的電子空穴對(duì)而被存儲(chǔ)，隨后通過(guò)施加一定偏壓驅(qū)使存儲(chǔ)的電子由讀出電路4讀出。讀出的電信號(hào)經(jīng)前端放大電路5接入A/D轉(zhuǎn)換器6，A/D轉(zhuǎn)換器6芯片采用多級(jí)差分流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)，內(nèi)置有輸出糾錯(cuò)邏輯，可在500Kbps數(shù)據(jù)速度是提供16位精度，并保證整個(gè)工作溫度范圍之內(nèi)沒(méi)有誤碼。FIFO存儲(chǔ)器7對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)換后的CXD信號(hào)進(jìn)行緩存，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器7在時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路10和微控制器8的協(xié)同下將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到靜態(tài)RAM，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆蛛x，保證系統(tǒng)的采集頻率和傳輸頻率。微控制器8協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存于FIFO存儲(chǔ)器7的靜態(tài)RAM，最終通過(guò)USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD顯示器或無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊9進(jìn)行終端處理。
[0012]以上只是對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，并非用以限制本專(zhuān)利的實(shí)施應(yīng)用，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均應(yīng)包含于本專(zhuān)利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式光譜快速檢測(cè)儀，其特征在于該光譜快速檢測(cè)儀由光纖探頭、光纖稱(chēng)合器、量子效應(yīng)光電探測(cè)器、前端放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、FIFO存儲(chǔ)器、微控制器和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路組成，所述量子效應(yīng)光電探測(cè)器對(duì)接讀出電路；所述時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路為讀出電路、A/D轉(zhuǎn)換器和FIFO存儲(chǔ)器提供CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)；所述微控制器為設(shè)有WiFi模塊和USB接口的MCU主控芯片；所述光纖稱(chēng)合器將光纖探頭導(dǎo)入的待測(cè)光以不同波長(zhǎng)的光分散投射到量子效應(yīng)光電探測(cè)器進(jìn)行光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，由讀出電路將讀出的電信號(hào)輸入前端放大電路，經(jīng)放大的電信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸入FIFO存儲(chǔ)器，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器在時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路和微控制器協(xié)同下將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到靜態(tài)RAM，由存儲(chǔ)器連接的微控制器通過(guò)USB接口或WiFi模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀XD顯示器或無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)行終端處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于量子效應(yīng)光電探測(cè)器的便攜式光譜快速檢測(cè)儀，其特征在于所述量子效應(yīng)光電探測(cè)器為Γ64元量子阱-量子點(diǎn)光電探測(cè)陣列。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK104165692SQ201410356412
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】郭方敏, 鄭厚植, 沈建華, 陳布雨 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)