论文部分内容阅读
CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)线阵传感器因为能在一次曝光时间内探测一定波长范围内的所有谱线，在现代光谱测量技术中获得了越来越广泛的应用。第一部分设计、开发了一个用于光谱测量的高灵敏度、高分辨率、基于USB2.0高速实时传输的线阵CCD信号采集系统。针对光谱测量的需要，选择了适于光谱测量的线阵CCD器件。通过实验验证，确认了利用减除背景噪声的方法可以大大扩展CCD器件的有效动态范围。根据CCD器件实际可获得的有效动态范围，给出了确定A／D转换器件分辨率的依据。采用USB2.0接口器件和无外部缓冲存储器结构，实现了光谱数据的实时传输。系统采用CPLD(Complex Programable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)，Verilog HDL硬件描述语言实现了CCD驱动和全局控制，对读写时序进行了充分优化，使系统具有高稳定性。设计还充分考虑了电磁兼容性对CCD器件的影响，使CCD受系统噪声的干扰减少到最少，保证其稳定可靠工作。系统只需一根USB数据线即可工作，即插即用，小巧便携。具有RS232接口和JTAG接口，可对USB固件程序和CPLD内硬件结构进行在系统更改，具有高灵活性和可扩展性。第二部分研究了利用数字信号处理技术去除所采集到的光谱信号的噪声。根据不同光源光谱功率分布的特点，采用快速傅里叶变换(FFT)，Savitzky-Golay、Boxcar、以及小波理论去噪等算法对不同光谱数据进行了各种试验：(1)CCD固定图形噪声的去除；(2)通过减除暗噪声，CCD的有效动态范围从300提高到400；(3)各种去噪随机噪声的方法对于连续谱和线状谱两种光源的去噪效果。理论和实践都表明FFT、Boxcar法和小波去噪对于具有连续光谱功率分布的光源去除随机噪声效果较好，Savitzky-Golay法和小波去噪则适用于线状光谱比较丰富的放电灯，其中利用小波理论去除噪声的方法既适用于连续谱光源，又适用于线状谱光源。