基于CCD的数字光谱分析仪的研究
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摘要
光谱仪器是光学仪器中一种重要组成类型,它是利用光学原理,对物质的结构和成分等进行测量、分析和处理的基本设备。随着电子技术,计算机技术的飞速发展,光谱仪器进入了新的发展阶段,特别是使用电荷耦合器件CCD作为接收器件,能够实现对光谱信息的快速采样、存储、传输和数据处理。
本课题主要完成了如下几个方面的工作:
分析了数字光谱仪的基本组成,对其各个组成部分所使用的不同元件的优缺点进行了对比分析,并据此进行了选择,搭建了一套基于CCD的数字光谱分析平台;
使用Visual C++6.0编译环境和C++编程语言设计开发了光谱分析软件,实现了光谱信号的采集、显示、处理、寻峰、标定和存取。设计与开发了光谱分析类库,大大简化了软件开发,并提高了软件可移植性。
将光学系统、CCD、数据采集卡和光谱分析软件组成完整的数字光谱分析系统。使用标准汞灯对光谱仪进行了标定。并使用660nm红光灯对软件的正确性进行了验证。
Spectrometer is one of the most important optical instruments. It is the basic device to measure, analyze and process the material structure and its component. With the development of computer and electron technology, spectrometer has entered a new development stage. Especially the using of Charge Coupled Devices (CCD) as receiver, spectrometer can quickly sample, store, transmit and process the spectrum information.
This project is composed of the following parts:
First, analyze the component of the instrument, compare with the different element of every component. According to this comparison, we set up a digital spectrum analysis system based on CCD.
Second, Microsoft Visual Studio developing environment and C++ object-oriented programming language is used to develop the spectrum analysis software, which realizes the function of collecting, analyzing, displaying, and storage of spectral signal. Spectrum Analysis Library is designed, which greatly simplifies the procedure of software development and increases software portability.
Third, The optical system, CCD, data acquisition board and spectrum analysis software has been integrated. Spectrum instrument is calibrated by standard mercury lamp. The software has been validated by 660nm red light.
This system raises levels of reliability and automation of spectrum instrument, makes the operation easer. Technicians can concentrate on the analysis of the result.
本课题主要完成了如下几个方面的工作:
分析了数字光谱仪的基本组成,对其各个组成部分所使用的不同元件的优缺点进行了对比分析,并据此进行了选择,搭建了一套基于CCD的数字光谱分析平台;
使用Visual C++6.0编译环境和C++编程语言设计开发了光谱分析软件,实现了光谱信号的采集、显示、处理、寻峰、标定和存取。设计与开发了光谱分析类库,大大简化了软件开发,并提高了软件可移植性。
将光学系统、CCD、数据采集卡和光谱分析软件组成完整的数字光谱分析系统。使用标准汞灯对光谱仪进行了标定。并使用660nm红光灯对软件的正确性进行了验证。
Spectrometer is one of the most important optical instruments. It is the basic device to measure, analyze and process the material structure and its component. With the development of computer and electron technology, spectrometer has entered a new development stage. Especially the using of Charge Coupled Devices (CCD) as receiver, spectrometer can quickly sample, store, transmit and process the spectrum information.
This project is composed of the following parts:
First, analyze the component of the instrument, compare with the different element of every component. According to this comparison, we set up a digital spectrum analysis system based on CCD.
Second, Microsoft Visual Studio developing environment and C++ object-oriented programming language is used to develop the spectrum analysis software, which realizes the function of collecting, analyzing, displaying, and storage of spectral signal. Spectrum Analysis Library is designed, which greatly simplifies the procedure of software development and increases software portability.
Third, The optical system, CCD, data acquisition board and spectrum analysis software has been integrated. Spectrum instrument is calibrated by standard mercury lamp. The software has been validated by 660nm red light.
This system raises levels of reliability and automation of spectrum instrument, makes the operation easer. Technicians can concentrate on the analysis of the result.
引文
[1]李全臣.光谱仪器原理.北京理工大学.1999
[2]吴国安.光谱仪器设计.科学出版社.1978
[3]高明辉,林洁琼,廉凤慧等.基于AOTF的便携式近红外光谱测量仪的研制.长春工业大学学报.2008,29(3):314-318
[4]M.Bonner Denton,Applications of Charge-Coupled and Charge Injection Devices in Analytical Spectroscopy,SPIE,Vol.1447,1991
[5]Pomeroy R.S.,Sweedler J.V.,Denton M.B.Charge-injection device detection for improved performance in atomic-emission spectroscopy.Talanta 1990.37(1).15-21
[6]张展霞,肖敏.电荷转移器件(CTDs)在原子发射光谱中的应用(Ⅰ).分析实验室.1995.14(5)
[7]李全臣.成像光谱的信息采集与数据处理.光学技术.1991,(3):69-72
[8]林竹光,许金钩,黄贤智.荧光分光光度计多功能应用软件.分析化学.1992,20(12):1468-1472
[9]林馨思,虞孝麒,庄革等。一个基于微机的CCD光谱仪。核电子学与探测技术,1993年11月Vol.13:11-13
[10]刘金英,朱培元,张其群.CCD智能化光谱仪的研制.光谱学与光析.1994(14)117-120
[11]郭水印,牟录文.红外(紫外)光谱数据微机处理系统.石油实验地质.1995,117(3):296-300
[12]罗重庆,刘千钧,李兵等.XRF谱仪新软件的研究与应用.中南工业大学学报.1995,26(6):817-820
[13]幸芦笙,李剑白,刘祥霞.新型光谱测量系统的信号接收与数据处理.半导体光电.1997,18(4):2534-2536
[14]曾延安,梁萌中.CCD在光谱分析系统中的应用研究.敏通科技(第11期)
[15]张全法,杨海彬,何金田等。基于Windows95的线阵CCD数据采集程序的开发。郑州大学学报,2000年3月,第32卷第1期:61-64
[16]刘明光,江东清,郭虎森等.光谱分析仪器的微机控制和数据处理系统.分析仪器.2000,(3):15-17
[17]林秀华,江炳熙,谢素原等.光谱曲线拟合程序的开发和运行的技巧.2001年9月,第22卷第3期:327-302
[18]蔡鲲.x荧光光谱分析软件的开发与应用.光谱学与光谱分析.2001,21(5):673-675
[19]田承雷.CCD光谱测量系统的研究.矿业科学技术.2004,Vol.2:45-48
[20]马国立,李宇杰,田宇宏等.基于Windows操作系统的X荧光光谱分析软哈尔滨工业大学工学硕士学位论文件.核技术.2005,28(1):73-77
[21]伍骁迪,黄用韬,马兴坤.CCD测光谱波长的数据处理的实验研究和程序编制.实验技术与管理.2007,4:49-51
[22]陈文芗.CCD光谱响应曲线的校正,厦门大学学报,1994年11月,第33卷第6期:781-784
[23]曹念文,刘文清.光谱仪中的ccd光电子技术与信息.1997年2月,第10卷第1期
[24]李广宇,汪琦,杨捷兴.CCD数据文件的管理紫金山天文台台刊.1998年12月第17卷第4期:48-55
[25]徐广通,袁洪福,陆婉珍.CCD近红外光谱谱图预处理方法研究.光谱学与光谱分析.2000(10):619-622
[26]应朝福,金洪震,李勇.线阵CCD棱镜光谱仪及其误差分析.光学仪器.2001(2)
[27]张铁强,郑永梅.CCD光谱谱线标定方法研究.光学技术.Vol.28 No.3 May 2002
[28]赵艳皎,唐敏学,吴建宏.一种提高光谱仪中线阵CCD信噪比的方法光电子技术与信息.2004Aug,17(4):43-46
[29]张慧云,马兴坤.线阵CCD的光谱测量.物理实验.Vol.25 No.10 Oct.2005
[30]朱军,刘文清,刘建国等.基于峰值拟合算法的光谱分析.计算机技术与发展.2006年4月,第16卷第四期:126-129
[31]光机电信息.2002/1
[32]鞠挥,吴一辉.微型光谱仪的发展现状.光学精密工程.2001.8,9(4):372-376
[33]郁道银.光学工程.机械工业出版社.2006
[34]米本和也.CCD＼CMOS图像传感器基础与应用.科学出版社.2006
[35]王庆有.CCD应用技术.天津大学出版社.2000
[36]许家珆.软件工程:方法与实践.电子工业出版社.2007
[37]丁美玉.数字信号处理.西安电子科技大学出版社.2001
[38]Coad P,Yourdon E.Object-Oriented Design.NJ,USA:Yourdon Press,USA,1991
[39]钱能.C++程序设计教程.清华大学出版社.1999
[40]Stanley B.Lippman,Josee Lajoie.C++ Primer Third Edition.Addison Wesley.2005
[41]David J.Kruglinski.Inside Visual C++ 4~(th) Edition.Microsoft Press.2009
[42]Phillip Laplante,Colin Neill.An Overview of software specification techniques for real-time imaging.SPIE Vol.4666(2002):57-64.
[43]Garlan D,Perry D E.Introduction to the special issue on software architecture[J].IEEE Transaction on Software Engineering.1995.21(4):269-274
[44]肖汉,冯娜,宋茂强.面向对象的软件重用瀑布模型.西华大学学报.2006,25(2):30-34
[45]周长发.精通Visual C++图像处理编程(第二版).电子工业出版社.2007
[46]孙鑫.VC++深入详解.电子工业出版社.2007
[47]Chapter 3:Image Processing.Matrox MIL Help.Matrox Electronic Systems Ltd.2005
[48]Gonzalez R.C.Digital Image Processing.2nd Edition.2002.Prentice Hall
[49]刘丽梅.中值滤波技术发展研究.云南师范大学学报.2004.1
[50]David L.Donobo.De-noising by soft-thresholding.IEEE Trans.On Information Theory.1995.41(3):617-627
[51]Castleman K.R.数字图像处理.朱志刚等译.电子工业出版社.2002
[52]丁志华,王桂英,包正康.相移干涉显微镜的研制和光盘预刻槽型的测量.计量学报.1999,20(2):81-86
[53]杨博雄,张晓华等.线阵CCD的高速数据采集与存储.大地测量与地球动力学.2004.24(2):124-127
[54]T.K.Millard,A.Herchenreder.Automatic Diameter Measurement.Wire Journal International.1991.11:61-65
[2]吴国安.光谱仪器设计.科学出版社.1978
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[28]赵艳皎,唐敏学,吴建宏.一种提高光谱仪中线阵CCD信噪比的方法光电子技术与信息.2004Aug,17(4):43-46
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[39]钱能.C++程序设计教程.清华大学出版社.1999
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[42]Phillip Laplante,Colin Neill.An Overview of software specification techniques for real-time imaging.SPIE Vol.4666(2002):57-64.
[43]Garlan D,Perry D E.Introduction to the special issue on software architecture[J].IEEE Transaction on Software Engineering.1995.21(4):269-274
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[49]刘丽梅.中值滤波技术发展研究.云南师范大学学报.2004.1
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[54]T.K.Millard,A.Herchenreder.Automatic Diameter Measurement.Wire Journal International.1991.11:61-65