嵌入式光谱仪的应用发展

　　1 光谱仪的发展

　　光学仪器的一个重要组成部分就是光谱仪器。光谱仪器由于具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点,可以用于对物质的结构和成分等进行测量、分析和处理,目前被广泛应用于医药卫生、冶金、地质、化工、环保等多部门,同时它也是军事、太空发展、水利探测等不可或缺的遥感仪器。

　　1 . 1 微型光谱仪的发展

　　伴随经济的快速发展,我国对外出口的食品逐年递增。但近年来,一些经济发达国家,对我国食品出口进行限制。为应对该种形式,国家相关部门启动了食品安全检测专项工作,对所有出口的食品等实施更加严格的检测。但以往的食品检测分析仪器和检测模式,早已不能符合现在的要求,这就对国内的测试分析仪器提出了更高的技术指标。

　　随着科技的进步,微型光谱仪应运而生。相比于传统光谱仪,微型光谱仪的分辨率稍低,但是其体积小、重量轻、探测速度快、使用便捷、集成度高、可量产、成本较低,且可以实时测量和质量监控。因此微型光谱仪诞生以来被广泛应用于工业监测、实验室化学分析、医学临床检验、航天遥感等诸多领域。

　　1 . 2 嵌入式光谱仪的发展

　　大部分微型光谱仪具备数据采集功能,但采集得到的数据无法直接处理,需要通过计算机来实现,若在户外、工程现场、医院,这就造成诸多不便。而嵌入式虚拟光谱仪则有效的弥补了这些不足,它是在微型光谱仪的原理上添加数据处理和显示功能,使得光谱分析的所有功能都能够实现,嵌入式光谱仪操作直观简单、携带方便。

　　2 嵌入式光谱仪的原理

　　随着21世纪嵌入式技术的发展,相比之下,原来较为成熟的基于工控机的虚拟仪器设备暴露出了诸多问题。基于工控机的虚拟仪器采用插入基于计算机总线的数采板卡构成硬件系统,编写Windows系统的驱动程序和应用程序实现软件功能,但其体积较大、接触易松动、抗震性能差。而以32位嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为基础的嵌入式计算平台,小体积、高可靠、可扩充、易升级、智能化,能够满足各类工程现场和恶劣环境下对便携虚拟仪器的需要,获得了广泛的工业应用。基于嵌入式的计算平台为设计虚拟仪器系统、构建测试系统提供了新的思路。嵌入式虚拟光谱仪的设计原理图如图 1。

　　2.1 光源

　　和传统光谱仪采用的光源不同,嵌入式虚拟光谱仪的光源主要有发光二极管阵列、集成薄膜光源和脉冲黑体光源,它们耗能少、重量轻、抗震性强、使用寿命长,均是较好应用光源选择。

　　2 . 2 数据采集模块