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便携式拉曼光谱仪高精度CCD电路系统研究
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拉曼光谱技术能够对各种分子结构和物质种类进行鉴别，应用广泛。相比于传统的大型拉曼光谱仪，便携式拉曼光谱仪由于在体积和质量上有巨大的优势，能很好的满足手持和实时性检测要求，因而成为了当前的拉曼光谱仪领域的研究热点。但是相比于传统的拉曼光谱仪，其在测量灵敏度上还是存在一定的差距。 结合表面增强拉曼光谱SHINERS技术的便携式拉曼光谱仪能将拉曼信号提高几个数量级，很好的兼顾了便携式光谱仪的测量灵敏度和便携性。本文我们主要介绍光谱仪中的高精度CCD传感器驱动及信号数字化电路设计部分，其主要技术目标是实现长时间积分下对暗电流噪声的抑制以及弱目标信号环境下对信号灵敏度的提高。针对拉曼光谱特殊的性质，我们选用了滨松公司高灵敏度低暗电流噪声大动态范围的线阵CCD。为了使该CCD的性能最大化的同时最小化整体系统的体积，我们精巧的设计了其外围电路。整个设计包括多级电源电路、时序产生电路、驱动电路和A/D转换电路几个部分。其中12级独立电压电路作为最重要的电源电路，是通过参考电压源与运放构成的低通滤波器完成设计，提供了良好的稳定性和高精度性，同时为了设计简单、调试方便，采用CPLD为CCD提供时序驱动信号。A/D转换部分采用了具有相关双采样、可编程增益、16位精度的A/D芯片。最后得到的数字信号通过USB2.0数据接口传输到上位机。 该系统经过试验调试和实际工作，在长时间积分弱信号情况下能高效的捕捉拉曼光谱信号。同时系统体积小，适用于便携式应用领域。
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