论文部分内容阅读
拉曼光谱检测技术是一种很重要的检测物质成分的手段,拉曼特征光谱可以很好地反映分子结构,从而分辨出物质成分。随着人们生活质量的不断提高,食品安全、绿色生态、健康环保等生活方式得到越来越多的关注与认可,拉曼光谱仪以其方便快捷的检测优点也得到了越来越多的应用。但是传统的拉曼光谱仪具有体积大、成本高等缺点,很难进行原位检测,并难以得到推广应用,不能满足人们对物质检测的需求。因此,低成本、小型化、可进行现场快速检测的便携式拉曼光谱仪很快进入人们的视野并迅速崛起,成为拉曼光谱仪新的发展方向。拉曼光谱仪的主要结构包括拉曼探头、窄线宽激光器和光谱仪模块。本论文在课题组原有芯片光谱仪的研制基础上,对利用蓝牙通讯模块连接智能手机和芯片光谱仪的微型光谱仪系统进行了研究,其特点是采用智能手机的显示和信息处理模块对微型光谱仪获得的信号进行处理,从而设计一款低成本、小体积的便携式光谱仪。本文基于课题组前期研制的阵列波导光栅(AWG)的光谱仪芯片,采用ADI公司生产的ADAS1128芯片作为128路积分放大和模数转换芯片,以FPGA芯片作为主控芯片,以蓝牙作为通讯设备,以手机终端作为数据处理设备设计了一款软硬件兼具的可进行原位快速检测的便携式拉曼光谱仪。大大缩小硬件电路的体积、降低了系统成本且简化了硬件电路的调试工作。本文主要介绍基于阵列波导光栅的通过蓝牙连接的光谱仪系统的设计,本文的研究内容主要包括:1.硬件电路系统设计。在对ADAS1128模数转换芯片和FPGA主控芯片的芯片参数、引脚功能和时序逻辑等进行详细的分析,从而了解ADAS1128模数转换芯片和FPGA主控芯片的使用方法的基础上,主要通过硬件电路设计将ADAS1128模数转换芯片、FPGA主控芯片、AWG芯片和蓝牙设备整合到一个电路系统中并使各部分能够稳定工作,从而进行信号的采集并与手机终端进行数据通讯。FPGA主控芯片在蓝牙设备接收到手机终端软件系统发来的指令之后开始获取从ADAS 1128模数转换芯片处传来的数据信息,然后对接收到的数据信息进行打包处理,继而通过蓝牙设备将打包好的数据信息发送给手机终端软件系统。2.手机终端软件系统设计。主要通过设计手机终端软件,在用户界面美观友好的前提下,通过手机蓝牙向硬件电路系统发送指令并接收由硬件电路系统发送来的检测数据,最终对数据进行处理。手机终端软件系统向硬件系统发送指令之后,开始获取从硬件系统传来的数据信息,再对接收到的数据信息进行处理和整合,最终得到拉曼光谱呈现到用户界面之中。3.系统功能验证。通过对光谱的检测来验证本文所设计的系统的可行性和可靠性。本文的研究最终得到利用蓝牙通讯模块连接智能手机的基于阵列波导光栅的128路便携式拉曼光谱仪系统,并分别对其硬件系统和软件系统进行功能验证,再通过光谱检测验证了其可行性基本性能与可靠性。