基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置及拉曼光谱仪制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置及拉曼光谱仪，所述采集装置包括ARM芯片、FPGA芯片、激光器、高速模数转换芯片、信号调理电路和CMOS线阵图像传感器，所述ARM芯片、FPGA芯片、高速模数转换芯片、信号调理电路和CMOS线阵图像传感器依次连接，所述激光器与ARM芯片连接，所述CMOS线阵图像传感器与FPGA芯片连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有精度高、测量准确等优点。有精度高、测量准确等优点。有精度高、测量准确等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置及拉曼光谱仪


[0001]本技术涉及拉曼光谱采集
，尤其是涉及一种基于ARM和FPGA 的拉曼光谱采集装置及拉曼光谱仪。

技术介绍

[0002]拉曼光谱是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家拉曼所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼光谱技术与常规化学分析技术相比，具有无损、快速、环保、水的干扰性小、可检测同分异构物、无需制样且所需样品量少等特点，因而在石油化工、生物医学、地质考古、刑事司法、宝石鉴定、环境监测等领域得以大力发展。
[0003]现在拉曼光谱仪中大多使用ARM处理器作为控制器，ARM处理器有体积小、低功耗、低成本、高性能等优点，并且带有较多的通信接口，如USB、USART、 SPI等，非常适合做通信、数据处理、事务管理。但拉曼光谱仪属于精密仪器，对数据采集的精度、实时性、积分时间控制等要求都比较高，单靠ARM处理器难以提升仪器的性能。

技术实现思路

[0004]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、测量准确的基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置及拉曼光谱仪。
[0005]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置，包括ARM芯片、FPGA芯片、激光器、高速模数转换芯片、信号调理电路和CMOS线阵图像传感器，所述ARM 芯片、FPGA芯片、高速模数转换芯片、信号调理电路和CMOS线阵图像传感器依次连接，所述激光器与ARM芯片连接，所述CMOS线阵图像传感器与FPGA 芯片连接。
[0007]进一步地，所述ARM芯片与FPGA芯片之间采用高速SPI接口通信连接。
[0008]进一步地，所述高速模数转换芯片通过并行接口与FPGA芯片连接。
[0009]进一步地，所述ARM芯片为STM32F103RET6芯片。
[0010]进一步地，所述FPGA芯片为EP4CE22E22C8N芯片。
[0011]进一步地，所述CMOS线阵图像传感器为S11639-01传感器。
[0012]进一步地，所述ARM芯片通过USB与上位机连接。
[0013]进一步地，所述信号调理电路包括增益放大子电路和AD驱动子电路。
[0014]进一步地，所述信号调理电路还包括滤波子电路。
[0015]本技术还提供一种拉曼光谱仪，包括上述所述的拉曼光谱采集装置。
[0016]与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：
[0017]1、本技术同时采用了ARM芯片与FPGA芯片，FPGA可以通过并行处理和流水线达到比ARM更高的数据处理能力，非常适合高速并行采集，改善了单纯使用ARM芯片的拉曼光谱仪数据采集精度问题，提高了积分时间控制精度。
[0018]2、本技术对ARM芯片与FPGA芯片的具体型号进行优化，具有成本低、精度高、测量准确等优点。
附图说明
[0019]图1为本技术的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示，本实施例提供一种基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置，包括ARM芯片1、FPGA芯片2、激光器3、高速模数转换芯片4、信号调理电路5 和CMOS线阵图像传感器6，所述ARM芯片1、FPGA芯片2、高速模数转换芯片4、信号调理电路5和CMOS线阵图像传感器6依次连接，所述激光器3与ARM 芯片2连接，所述CMOS线阵图像传感器6与FPGA芯片2连接。ARM芯片1 控制激光器3产生与测量对象相互作用的激光，并控制FPGA芯片2驱动CMOS 线阵图像传感器6对拉曼光谱进行扫描成像，CMOS线阵图像传感器6的光谱信号依次经信号调理电路5、高速模数转换芯片4和FPGA芯片2传输并保存至ARM 芯片1。
[0023]本实施例中，ARM芯片1通过USB7与上位机连接，与上位机实现双向通信，接收上位机的命令并将数据上传至上位机进行显示。
[0024]ARM芯片1和FPGA芯片2为系统核心。本实施例中，ARM芯片1采用了 ST公司的STM32F103RET6，FPGA芯片2使用Intel公司的Cyclone IV系列 EP4CE22E22C8N。ARM芯片1与FPGA芯片2之间采用高速SPI接口通信连接。 ARM芯片负责接收来自上位机的命令然后控制激光器发出3激光并进行激光器输出功率调整，控制FPGA芯片2采集数据。本实施例中，FPGA芯片2带有数据预处理功能，当采集到的光谱数据后，对原始光谱数据进行滤波、背景光消除等操作，然后再由ARM芯片1传到上位机。
[0025]本实施例中，CMOS线阵图像传感器6采用了滨松公司的S11639-01高灵敏度图像传感器。CMOS线阵图像传感器6与FPGA芯片1连接，通过FPGA芯片1 输出的高精度时钟信号驱动CMOS线阵图像传感器，能够使CMOS线阵图像传感器采集时的积分时间更加精确，数据输出速度更快。
[0026]本实施例中，激光器带有激光功率反馈，使用ARM芯片控制激光模块的同时实时采集激光模块功率，在ARM芯片内部采用PID算法保证激光器输出功率的恒定。
[0027]本实施例中，信号调理电路5包括增益放大子电路和AD驱动子电路，将原始的CMOS线阵图像传感器视频信号转换成能够符合模数转换芯片输入的电压信号。
[0028]在某些实施例中，信号调理电路5还包括滤波子电路。
[0029]实施例2
[0030]本实施例提供一种拉曼光谱仪，包括实施例1所述的拉曼光谱采集装置。
[0031]以上详细描述了本技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本技术的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领
域中技术人员依本技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置，其特征在于，包括ARM芯片、FPGA芯片、激光器、高速模数转换芯片、信号调理电路和CMOS线阵图像传感器，所述ARM芯片、FPGA芯片、高速模数转换芯片、信号调理电路和CMOS线阵图像传感器依次连接，所述激光器与ARM芯片连接，所述CMOS线阵图像传感器与FPGA芯片连接。2.根据权利要求1所述的基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置，其特征在于，所述ARM芯片与FPGA芯片之间采用高速SPI接口通信连接。3.根据权利要求1所述的基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置，其特征在于，所述高速模数转换芯片通过并行接口与FPGA芯片连接。4.根据权利要求1所述的基于ARM和FPGA的拉曼光谱采集装置，其特征在于，所述ARM芯片为STM32F103RET6芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青野，方逸洲，赵中瑞，左佳，
申请(专利权)人：上海仪电集团有限公司中央研究院，
类型：新型
国别省市：