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電腦快速測色儀的硬件系統

2010-10-07

                                        快速測色儀的硬件系統
    目前，在國際市場上出現的多通道快速測色系統有不同的品種和型號，每種產品都有其具體的硬件結構和設計方法，所采用的器件和電路原理也不盡相同。本篇章將介紹這類儀器的典型硬件設計思路，表示一種比較通用的方法，給讀者提供一些參考。快速測色儀的硬件系統主要由廣電信號的處理、照明光源的驅動電路，計算機接口為測色系統電氣部分提供了總的協調與控制，并承擔測色系統與計算機之間的信息交換。在雙光束系統中參考通道與車輛通道的結構相同，否則參考通道由監事照明光源波動的快速光電二極管及其放大與采保電路組成。
   1、測量通道
   所謂測量通道或主要通道就是由SPD探測經多色儀色散的來自被測反射樣品的光譜信號并予以放大和A/D變換等處理的途徑。
   為了實現可見光區（380~780nm）光譜信號的快速探測，通常采用平行探測法，將探測器列陣置于多色儀腳面上，同時檢測被色散的所有輻射。平行探測器包括感光乳劑、光電倍增光、光電圖象探測器等.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量（這種低生產量限制了它的商品化生產）嚴重地制約了它哎光譜探測中的應用，其中的一個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）同時性（即多光路優點），對光譜的整個波段同時探測，使測得量所需觀測時間相應減少;(2)積分性（OID獨有的特性），可對弱光信號進行探測：（3）特別適與大量的計算機數據處理，使原始光譜數據的解釋大為方便。SPD作為廣電探測器本身具有的優點：1、高的量子效率：2、寬的動態范圍;3、低的暗電流；4、便于外圍設計。
   光學多通道分析儀（OMA）特別適用于二極管列陣在毫秒級動態過程中作為多道分析儀（OMA）特別適用于二極管列陣在毫秒級動態過程中作為多道探測器，因為在毫秒時間范圍的時間分辨，SPD是適宜的圖像器。
    在選用SPD時，除了考慮一般的同性外，還應考察其頻響特性、廣電響應的動態范圍等，器件的這些性能指標均為確保測色系統的測量精確度提供了可靠的基礎和前提。
    SPD的工作是在其自行配套的驅動電路的控制下進行的。驅動電路由控制信號發生器和視頻信號處理單元兩部分組成。控制信號發生器是以個可變成邏輯器件，其產生起始脈沖和兩廂時鐘脈沖，已掃描MOS移位寄存器。它通常還提供了一個復位脈沖來復位在視頻線上產生的信號電壓。這些信號與外部主時鐘脈沖同步，并由主汽動脈初始化。在測量不同的反射樣品時光信號的強弱變化很大，而SPD是以電荷積分模式工作的，在光強較小時只有延長積分時間才能增大。而積分時間等于兩個連續掃描的MASTERSTART之間的間隔，另一方面信號讀出時間又取決于ＭＡＳＴＥＲ　ＣＬＯＣＫ的頻率。所以，在連續掃描讀出工作方式下（直流光源照明），每個象元的積分時間取決于MASTER CLOCK的頻率，而在單次掃描讀出工作方式下（脈沖光源照明），讀出時間將直接影響信號的精度（各象元保持的電荷因放電而導致信號誤差），此時希望MAS_TER CLOCK頻率盡量大些。介于此，在外圍電路設計中，常采用可編程定時/計數器來產生MASTER CLOCK脈沖，而該時鐘的來源可以是專用計算機的時鐘或由獨立的晶振時鐘電路來發生，同時必須考慮到SPD驅動電路的更高允許主時鐘電路來發生，同時必須考慮到SPD驅動電路的更高允許主時頻率。
2、參考通道
   參考通道主要用于檢測照明光源的穩定性，對脈沖光源和直流光源具有不同的要求和電氣構成。
   在用脈沖光源作為照明光源時，參考通道不僅要檢測脈沖照明光的光譜組成和能量波動，而且同時要實時判定光脈沖束點時刻以配合SPD的數據及時采集。
   當儀器的結構采用雙光束形式時，參考通道的電氣組成與測量主通道完全相同，這樣可以做到對測量光譜范圍內的每個波長進行精確修正，使測量結果的精度幾乎不受照明穩定性的影響。目前，在這類儀器中的大部分都是采用雙光束光學結構的，所以它們的測量精度非常高。