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光谱检测是一种在科研和生产中广泛采用的技术。随着科研和生产技术的发展和进步,光谱检测技术正向原位和在线测量方向发展,因此对光谱检测仪器提出了微型化的要求。本文针对这一要求,设计、制作了一台微型光纤光栅光谱仪。微型光纤光栅光谱仪选用小型光栅单色仪、电荷耦合器件(Charge Coupled Device简称CCD)和复杂可编程逻辑器件(Complex programmable logical Device简称CPLD)等最新技术研制。CCD作为感光元件,具有尺寸小、重量轻、功耗小、线性好、噪声低、动态范围大、光谱响应范围宽、寿命长、实时传输和自扫描等一系列优点。在对光栅光谱仪输出的光学信号进行光电转换后,经电路处理转换成数字信号,传送到上位机存储、处理和分析。通过电子电路,可以对微弱的光信号转换后的电信号进行放大和降噪处理,从整体上提高了测量系统的性能,实现了对光谱信息快速采样、存储、传输和数据处理等功能,从而使光谱的测量实现了数字化,拓宽了光谱测量的应用领域。系统的硬件电路由CPLD控制,包括CCD的驱动时序、A/D采样转换时序、数据缓存读写时序和上、下位机之间的数据与命令的通迅时序等。CPLD采用Verilog语言实行模块化编程,在Quartus II开发环境中编译、综合、仿真,并烧写器件。整个系统可通过JTAG接口进行现场编程烧录,调整电路的工作状态或是硬件控制程序的升级、更新。上、下位机之间的命令和数据的通讯,采用USB2.0协议,支持即插即用(Plug and Play),传输速度可达到480Mbps,与CPLD的高速逻辑处理能力和响应速度相配合,能针对CCD的大数据量像素的光电信号进行高速采集和实时处理,这些功能由USB接口控制芯片实现。此外,系统从USB口汲取电源,能满足整个硬件电路正常工作所需,无须外加电源,为野外的便携式应用提供了可能。上位机的应用程序采用LabView语言编写,具有结构简单明了,交互界面友好等特点。研制的样机经测试,表明具有测量光谱范围宽、测量分辨率高、特别适用于光谱学实验教学和便携式的现场光谱采集。该光谱仪已被高校应用到实验教学中。