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电脑快速测色仪的硬件系统

2010-10-07

                                        快速测色仪的硬件系统
    目前，在国际市场上出现的多通道快速测色系统有不同的品种和型号，每种产品都有其具体的硬件结构和设计方法，所采用的器件和电路原理也不尽相同。本篇章将介绍这类仪器的典型硬件设计思路，表示一种比较通用的方法，给读者提供一些参考。快速测色仪的硬件系统主要由广电信号的处理、照明光源的驱动电路，计算机接口为测色系统电气部分提供了总的协调与控制，并承担测色系统与计算机之间的信息交换。在双光束系统中参考通道与车辆通道的结构相同，否则参考通道由监事照明光源波动的快速光电二极管及其放大与采保电路组成。
   1、测量通道
   所谓测量通道或主要通道就是由SPD探测经多色仪色散的来自被测反射样品的光谱信号并予以放大和A/D变换等处理的途径。
   为了实现可见光区（380~780nm）光谱信号的快速探测，通常采用平行探测法，将探测器列阵置于多色仪脚面上，同时检测被色散的所有辐射。平行探测器包括感光乳剂、光电倍增光、光电图象探测器等.在 OID中又包括电子束显像管、硅、氧化铅和氯化钾摄像管以及各种固体图像器，如自扫描光电二极管列阵（SPD）、电荷耦合器件（CCD）和电荷注入装置（CID）等。目前，OID的折中性能和低的生产量（这种低生产量限制了它的商品化生产）严重地制约了它哎光谱探测中的应用，其中的一个例外便是自扫描光电二极管列阵（SPD）。
   SPD作为OID具有其共性：（1）同时性（即多光路优点），对光谱的整个波段同时探测，使测得量所需观测时间相应减少;(2)积分性（OID独有的特性），可对弱光信号进行探测：（3）特别适与大量的计算机数据处理，使原始光谱数据的解释大为方便。SPD作为广电探测器本身具有的优点：1、高的量子效率：2、宽的动态范围;3、低的暗电流；4、便于外围设计。
   光学多通道分析仪（OMA）特别适用于二极管列阵在毫秒级动态过程中作为多道分析仪（OMA）特别适用于二极管列阵在毫秒级动态过程中作为多道探测器，因为在毫秒时间范围的时间分辨，SPD是适宜的图像器。
    在选用SPD时，除了考虑一般的同性外，还应考察其频响特性、广电响应的动态范围等，器件的这些性能指标均为确保测色系统的测量精确度提供了可靠的基础和前提。
    SPD的工作是在其自行配套的驱动电路的控制下进行的。驱动电路由控制信号发生器和视频信号处理单元两部分组成。控制信号发生器是以个可变成逻辑器件，其产生起始脉冲和两厢时钟脉冲，已扫描MOS移位寄存器。它通常还提供了一个复位脉冲来复位在视频线上产生的信号电压。这些信号与外部主时钟脉冲同步，并由主汽动脉初始化。在测量不同的反射样品时光信号的强弱变化很大，而SPD是以电荷积分模式工作的，在光强较小时只有延长积分时间才能增大。而积分时间等于两个连续扫描的MASTERSTART之间的间隔，另一方面信号读出时间又取决于ＭＡＳＴＥＲ　ＣＬＯＣＫ的频率。所以，在连续扫描读出工作方式下（直流光源照明），每个象元的积分时间取决于MASTER CLOCK的频率，而在单次扫描读出工作方式下（脉冲光源照明），读出时间将直接影响信号的精度（各象元保持的电荷因放电而导致信号误差），此时希望MAS_TER CLOCK频率尽量大些。介于此，在外围电路设计中，常采用可编程定时/计数器来产生MASTER CLOCK脉冲，而该时钟的来源可以是专用计算机的时钟或由独立的晶振时钟电路来发生，同时必须考虑到SPD驱动电路的更高允许主时钟电路来发生，同时必须考虑到SPD驱动电路的更高允许主时频率。
2、参考通道
   参考通道主要用于检测照明光源的稳定性，对脉冲光源和直流光源具有不同的要求和电气构成。
   在用脉冲光源作为照明光源时，参考通道不仅要检测脉冲照明光的光谱组成和能量波动，而且同时要实时判定光脉冲束点时刻以配合SPD的数据及时采集。
   当仪器的结构采用双光束形式时，参考通道的电气组成与测量主通道完全相同，这样可以做到对测量光谱范围内的每个波长进行精确修正，使测量结果的精度几乎不受照明稳定性的影响。目前，在这类仪器中的大部分都是采用双光束光学结构的，所以它们的测量精度非常高。