蔡司光電二極管陣列光譜儀模塊(diode array spectrometer module)
控制:光電二極管陣列光譜儀模塊
模塊控制
隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，使得二極管陣列光譜儀的控制方式簡(jiǎn)單而**。在電路方面利用弱信號(hào)放大、信號(hào)積分和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，使用微處理器進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理，以二極管陣列光譜儀模塊為核心的技術(shù)有了更廣泛的應(yīng)用。
二極管陣列器件
通常的二極管陣列光譜儀模塊使用的是硅二極管陣列器件，這些器件具有的像素?cái)?shù)目從256、512到1024。特殊設(shè)計(jì)的短腔體檢測(cè)器件使其可以安裝于非常靠近光入口的地方，由此產(chǎn)生的小檢測(cè)偏角會(huì)提高光柵使用效率。
一個(gè)具有N個(gè)像素的二極管陣列器件可等價(jià)為一列N個(gè)電容器，器件接受光強(qiáng)照射后，電容器充電，充電電荷對(duì)時(shí)間的積分正比于光強(qiáng)度，當(dāng)電荷信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)一個(gè)一個(gè)被輸出時(shí)，外部時(shí)鐘電路的頻率f就決定了每個(gè)像素占用的時(shí)間tpixel。以這種方式，可以確定可能的*小積分時(shí)間tint,min。
tpixel＝1/f， tint,min＝（N+1）*tpixel
當(dāng)時(shí)鐘的*高頻率fmax＝2MHz時(shí)，對(duì)于256個(gè)二極管陣列器件的模塊，
積分時(shí)間tint≥128μs。
積分時(shí)間的選擇通過(guò)序列的啟動(dòng)脈沖時(shí)間間隔確定。從技術(shù)角度講，積分時(shí)間是啟動(dòng)脈沖觸發(fā)二極管陣列器件充電過(guò)程，從啟動(dòng)脈沖開始，直到下一個(gè)啟動(dòng)脈沖觸發(fā)到來(lái)的這段時(shí)間。
二極管陣列的電子控制參數(shù)在其相應(yīng)的模塊說(shuō)明書里有詳細(xì)描述。
控制電路和前置放大器
在二極管陣列器件充電完成后，轉(zhuǎn)換開關(guān)、移位寄存器、前置放大器完成把電荷信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并將電信號(hào)放大輸出的過(guò)程。如圖8所示，外部產(chǎn)生的START、CLOCK信號(hào)送到移位寄存器，控制移位寄存器逐一打開轉(zhuǎn)換開關(guān)，將二極管陣列上的反映光強(qiáng)度的電荷信號(hào)順序取出，經(jīng)過(guò)放大器后輸出，電信號(hào)全部送出后，移位寄存器發(fā)出EOS（EndOf Scan）信號(hào)通知外部電路一次掃描完成，可以進(jìn)行下一次掃描。
模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與光強(qiáng)度分辨率
轉(zhuǎn)換電路將經(jīng)過(guò)前置放大器放大的信號(hào)從模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。
電路系統(tǒng)的關(guān)鍵因素是光強(qiáng)度分辨率。如果轉(zhuǎn)換電路中提供12、14、16位的采樣分辨率，以測(cè)量中使用*高的16位的采樣分辨率為例，可將測(cè)量量程分為65535(216)份，測(cè)量精度可達(dá)到滿量程的1/65536(216)，即可測(cè)量的光強(qiáng)度分辨率小于10-4。
