一种小型实时光谱辐射测量仪

　　1　引　言

　　光谱作为物质的一种固有特性,在科学研究和生产应用中有着重要的参考价值。光谱测量广泛应用于光源、纺织、印染、化工以及原子能、半导体、高分 子、医药、遥感等领域。使用单元探测器的传统光谱测量仪器仅适用于持续稳定的光辐射,测量周期长,难于实现实时光谱测量,因而不能动态地监视光谱的变化。 随着科学技术的不断进步,对实时光谱测量的要求愈来愈高,为此我们进行了实时光谱辐射测量的研究,其动态响应时间可到毫秒量级。

　　2　方法与系统

　　传统光谱测量方法是使光辐射经外光路系统、入射狭缝、分光系统、出射狭缝到达探测器上,探测器接收到的仅是某一波长下的光谱信号,要想得到某一 波段范围(如400～700nm)的全光谱信号必须经过机械扫描,让不同波长的光谱依次到达出射狭缝,经探测器逐个接收,输出光电流。这种测量方法需采用 机械扫描装置,结构复杂、且测量周期长,不能进行连续实时测量显示,在短时间内不能得到全光谱信息。要想在短时间内得到全光谱信息必须同时接收所有被测波 段范围内的瞬时光谱信号。光学色散系统和MOS图象探测器组合在一起组成一种新型的超小型光谱辐射测量系统能满足这一要求。被测量的光谱辐射直接入射到这 种装置上时将会被自动分光,通过探测器的光电转换即可得到相应的电信号。它使得快速光谱辐射测量变得可能。由探测器输出的电信号经驱动/放大电路 C4070和A/D卡采集,计算机数据处理后得到光谱能量分布曲线。连续重复此过程即可得到实时的光谱能量分布曲线。测量装置的原理框图见图1。

　　测量系统采用日本滨松公司(Hamamatsu Photonics K.K.)出品的MOS线阵图象探测器(S3901)作为光谱测量探测器。该探测器具有接口及驱动电路简单等特点。象素总数256,其中有效象素201, 装置光谱响应范围为400～700mm,分辨力1.5nm/象数。日本滨松公司的驱动/放大电路C4070主要完成对MOS线阵探测器的驱动、信号处理和 视频信号输出功能。采用12位快速A/D,其转换时间约为7μs,输入电压范围-5～+5V。所有控制全由IBM586微机完成,实现自动测量。

　　3　硬、软件的具体实现

　　3.1　硬件的具体实现

　　C4070输出的是0～+5V的视频信号,可直接由A/D卡将此信号转换为计算机识别的数字信号,但C4070需要时钟脉冲和起始脉冲这两个方 波信号。考虑到所用的A/D卡上有三路8253计数器,可利用8253产生C4070所需信号。8253的通道0的CLOCK0输入由A/D卡上自配的 1.5MHz的方波信号提供,选择方式3,OUT0端输出便可作为起始脉冲信号。8253通道1的CLOCK1输入由其通道0的OUT0端提供,选择方式 2,OUT1端输出经过反相器即作为时钟脉冲信号。数据采集选用中断方式,利用8253的通道2,选择方式0,计数结束中断。由于8253收到计数预置值 后,要经过一个CLK脉冲,才能将它送至计数器并开始计数[1],所以每次设置计数值为1,当C4070产生两个触发信号后,计数值才减一,变成0,产生 中断,在中断程序里对数据进行采集。这样一次只能采集一半的信号,连续采集两次就可得到完整的曲线。