电荷耦合器件光学多道分析系统

　　光谱仪是现代光学测量中最常用的仪器之一，一般分为摄谱仪和单色仪两大类.就其接收系统而言，摄谱仪是利用照相方法来记录谱线，而单色仪则是利用光电倍增管等光电探测器接收从其出射狭缝处透过的光能量.上述两种接收方式都不同程度地存在缺陷:前者不能进行光谱信号的实时探测，且操作过程要经过照相、冲印和识谱等繁杂程序;后者最大缺点是只能记录出射狭缝处的积分光强.针对上述接收系统的不足，本文将1台WDG30单色仪改装成多色仪，并采用一片高灵敏度、2048象元的线阵电荷祸合器件作其接收器件，实现光谱多道实时采集和数据处理.

　　CCD(ChargeCoupledDevices)即电荷祸合器件，是70年代初发展起来的新型半导体器件，它以电荷包的形式储存和传送信息，主要由光敏单元、输人结构和输出结构等部分组成.它因有高灵敏度、高密度、高速度和宽的光谱响应，目前已被广泛应用于信号储存和图像传感中。

　　1实验装置

　　CCD光学多道分析系统总体结构如图1所示，由3部分组成，即光学部分、数据采集系统和计算机部分.其中CCD与光谱仪的衔接如图2所示.实验中，利用1台WDG30平面光栅单色仪，去除其出射狭缝部分从而改成多色仪结构，通过精密微调装置使线阵CCD芯片严格地位于暗箱物镜M2的焦面上，挡板B用来防止杂散光的影响.

　　WDG30单色仪光栅G的光栅常数为1200线/mm，对应的线色散倒数为2.7nm/mm。本实验选用2048像元的线阵CCD器件，通过对钠双线的现场测量可知，在CCD像面上单位波长所覆盖的像元数为27个/nm(见图3，图中数字表示峰值位置处CCD像元序数)。

　　为了提高数据采集的速率，实验采用帧存储方式传送数据.这种方式是将CCD视频信号首先采集到一个外部的存储器暂存，待全部数据采集毕后再由计算机取出并处理.由于数据的采集是靠硬件电路来完成的，因此采集速度快，其最高极限由存储器的读周期决定.本实验CCD数据采集卡中用到的模数转换器是高速视频转换芯CA3318CE，其最高转换速率为15MHz，为实现实时采集，系统采用高速静态存储器SRAM62256 LP - 8，帧存储方式的数据采集系统主要由3部分组成:第一部分是系统的采样时序控制电路;第二部分是外存及其地址和读、写逻辑信号时序发生器;第三部分是地址译码器和微机接口.

　　3控制软件与实验结果

　　控制软件的编制主要是利用窗口控制、菜单选择和人机对话的形式实现数据的实时采集、图像显示和处理，其中也包括对图像的局部放大等功能.

　　图4——图7是利用该系统对H二谱线进行模拟测量的采集图.其中，横坐标均表示CCD像元排列的顺序数，纵坐标由CCD的电平值反映谱线的相对强弱.