CCD光纤光谱仪的电路系统设计简介

　CCD光纤光谱仪由于特殊的小型化设计要求，在微型CCD光谱仪器的设计中，使用了反射式平面衍射光栅，采用车尼尔-特纳的变形结构由两个球面反射镜组成成像系统，这种结构比较容易通过内部光阑来抑制杂散光，避免从入缝看到第二反射镜面。使用多模光纤将待测量光导入，取代了普通光谱仪器的入射狭缝，可以在光纤的纤径范围内，调节狭缝高度的大小。引入线阵型CCD取代老式的感光板，可直接高速地采集图象数据，再送交计算机进行快速分析，基本上可以做到在线分析，仪器体积也将大大减小。

　　CCD是现今z普遍使用的光电接收器件，它具有高灵敏度、低噪声、快速读出、高动态范围和宽光谱响应范围等优点。CCD根据其像元排列方式不同，可分为两种：线阵CCD和面阵CCD。光谱探测用线阵CCD即可。

　　CCD像元数的多少是影响系统像方分辨率的重要因素。对于同样的视场，CCD像元数越多，系统像方的分辨率越高，但同时CCD的电荷转移率却会下降。此外还要综合性能价格比方面的考虑。CCD像元数选择的原则是在满足测量精度的前提下尽量选用像元数少的CCD。综合考虑CCD的像元数、光谱响应范围、动态范围和像敏单元的均匀性等因素，选用CCD芯片颇有讲究。CCD将光信号转换成电荷信号再经过输出电路转变成电压信号输出。该电压信号为模拟信号，而单片机只能进行数字信号的处理，故本系统中采用了A/D转换器。根据课题的特征和要求，参考A/D转换器的选用原则，选用专用CCD图像处理器。

　　考虑到单片机的数据处理速度、内存储器的大小，以及其封装形式，再有以后扩展功能的需要，小型化光谱仪比较适合使用8051系列单片机。整声要进一步去除，否则将影响整个系统的测量精度。

　　随着工作时间的推移，探测器发热升温影响了CCD的暗电路和光谱响应率的大小。但可以预见，未来CCD光纤光谱仪器将逐步取代传统的光谱仪器，具有很大的发展潜力。