CN104165692A - 基于量子效应光电探测器的便携式光谱快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于量子效应光电探测器的便携式光谱快速检测仪，其特点是该检测仪由探头、稱合器、光电探测器、放大电路、A/D转换器、存储器、微控器和时序驱动电路组成，所述稱合器将探头导入的待测光以不同波长的光分散投射到光电探测器，由读出电路将电信号读出后输入放大电路，经放大的电信号通过A/D转换器后由存储器进行缓存，由微控制器通过USB接口或WiFi模块将数据传输到LCD显示器或无线收发模块进行终端处理。本发明与现有技术相比具有模块化、智能化，拓宽了光谱的工作范围，提高了测量精度、灵敏度和速度，结构紧凑，性能好，尤其满足了环保、野外、现场检测以及星载分析检测的集成化、小型化和轻量化的需求。

Description

基于量子效应光电探测器的便携式光谱快速检测仪

技术领域

本发明涉及光谱检测技术领域，具体地说是一种基于量子效应光电探测器的便携式生物光谱快速检测仪。

背景技术

光谱仪器是用来研究和分析物质的光谱的装置，它的基本功能是测定所研宄的物质吸收、发射、散射或者受激发射的光谱组成，包括它的波长和强度等。光谱技术利用光线在被测样品内部的吸收、反射及散射特征来实现对样品参数的检测，被广泛应用于环境监测、生物医学、科技农业、军事分析以及工业流程监控等领域，特别是食品安全、环境和生物监测等大量民用光谱仪的需求正在不断增长。

随着，高效低廉的光学元件及线性阵列检测器件的出现和计算机技术的发展，二元光学等微制造技术的发展使光谱仪器从20世纪90年代初期逐渐摆脱了实验室的局限，向智能化、微型化和集成化方向发展。光谱技术的应用延展到实验室之外的更加广阔的领域，如环保、野外、现场检测、星载分析检测等，要求仪器牢固耐振，小型化和轻量化。

目前，便携式光谱仪都采用硅材料CCD或CMOS阵列探测器，由于硅的带隙1.1eV，导致其响应范围在可见光范围及其附近，后端的数据处理必须要连接电脑才能显示，使得光电接收器件与后端驱动电路及数据采集与处理系统实现模块化和集成化，结构不紧凑，抗振动、抗环境温度压力变化性能较差，尤其不能满足智能化、小型化和轻量化发展的需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种基于量子效应光电探测器的便携式光谱快速检测仪，采用量子效应光电探测和数据传输模块，使光电接收器件与后端驱动电路及数据采集与处理系统实现数字化、模块化和系统自动化，进一步拓宽了光谱的工作范围，提高了测量精度、灵敏度和速度，结构紧凑，抗振动、抗环境温度压力变化性能好，尤其满足了环保、野外、现场检测以及星载分析检测的智能化、小型化和轻量化的需求。 

本发明的目的是这样实现的：一种基于量子效应光电探测器的便携式光谱快速检测仪，其特点是该光谱快速检测仪由光纤探头、光纤稱合器、量子效应光电探测器、前端放大电路、A/D转换器、FIFO存储器、微控制器和时序驱动电路组成，所述量子效应光电探测器对接读出电路；所述时序驱动电路为读出电路、A/D转换器和FIFO存储器提供CPLD时序驱动；所述微控制器为设有WiFi模块和USB接口的MCU主控芯片；所述光纤稱合器将光纤探头导入的待测光以不同波长的光分散投射到量子效应光电探测器进行光电信号的转换，由读出电路将读出的电信号输入前端放大电路，经放大的电信号由A/D转换器转换成数字信号后输入FIFO存储器，FIFO存储器在时序驱动电路和微控制器协同下将数字信号存储到静态RAM，由存储器连接的微控制器通过USB接口或WiFi模块将数据传输到LCD显示器或无线收发模块进行终端处理。

所述量子效应光电探测器为1′64元量子阱-量子点光电探测阵列。 

本发明与现有技术相比具有模块化、智能化，进一步拓宽了光谱的工作范围，提高了测量精度、灵敏度和速度，结构紧凑，抗振动、抗环境温度压力变化性能好，尤其满足了环保、野外、现场检测以及星载分析检测的集成化、小型化和轻量化的需求。 

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式  

参阅附图1，本发明由光纤探头1、光纤稱合器2、量子效应光电探测器3、读出电路4前端放大电路5、A/D转换器6、FIFO存储器7、微控制器8、LCD显示器或无线收发模块9和时序驱动电路10组成。所述量子效应光电探测器3为高灵敏度1′64元量子阱-量子点光电探测阵列对接读出电路4；所述A/D转换器6采用LTC1608 16位AD转换芯片，其工作电压为+/-6V，内置高性能采样保持器和基准电压源；所述FIFO存储器7采用静态的RAM对A/D转换后的CCD信号进行缓存；所述时序驱动电路10为读出电路4、A/D转换器6和FIFO存储器7提供CPLD时序驱动；所述微控制器8采用STM32F407含有MCU的主控芯片，主控芯片上设有WiFi模块和USB接口。

本发明是这样工作的：光纤稱合器2将光纤探头1导入的待测光以不同波长的光分散投射到量子效应光电探测器3进行光电信号的转换。量子效应光电探测器3将检测的光信号转换为电流/电压/电荷信号，光信号在量子阱-量子点的低维结构受光激发得到空间分离的电子空穴对而被存储，随后通过施加一定偏压驱使存储的电子由读出电路4读出。读出的电信号经前端放大电路5接入A/D转换器6，A/D转换器6芯片采用多级差分流水线结构，内置有输出纠错逻辑,可在500Kbps数据速度是提供16位精度,并保证整个工作温度范围之内没有误码。FIFO存储器7对A/D转换器6转换后的CCD信号进行缓存，FIFO存储器7在时序驱动电路10和微控制器8的协同下将数字信号存储到静态RAM，实现数据存储与数据传输的分离，保证系统的采集频率和传输频率。微控制器8协调各模块之间的工作，接收数据并将数据存于FIFO存储器7的静态RAM，最终通过USB接口或WiFi模块将数据传输到LCD显示器或无线收发模块9进行终端处理。

以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利的实施应用，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。   

Claims (2)

1.一种基于量子效应光电探测器的便携式光谱快速检测仪，其特征在于该光谱快速检测仪由光纤探头、光纤稱合器、量子效应光电探测器、前端放大电路、A/D转换器、FIFO存储器、微控制器和时序驱动电路组成，所述量子效应光电探测器对接读出电路；所述时序驱动电路为读出电路、A/D转换器和FIFO存储器提供CPLD时序驱动；所述微控制器为设有WiFi模块和USB接口的MCU主控芯片；所述光纤稱合器将光纤探头导入的待测光以不同波长的光分散投射到量子效应光电探测器进行光电信号的转换，由读出电路将读出的电信号输入前端放大电路，经放大的电信号由A/D转换器转换成数字信号后输入FIFO存储器，FIFO存储器在时序驱动电路和微控制器协同下将数字信号存储到静态RAM，由存储器连接的微控制器通过USB接口或WiFi模块将数据传输到LCD显示器或无线收发模块进行终端处理。

2.根据权利要求1所述基于量子效应光电探测器的便携式光谱快速检测仪，其特征在于所述量子效应光电探测器为1′64元量子阱-量子点光电探测阵列。