嵌入式光譜儀的應用發展

　　摘 要：20世紀40年代，現代光譜技術開始被運用于工業，70年后的今天光譜及相關光傳感技術已經被廣泛應用于所有科學領域。文章簡述了嵌入式光譜儀的發展過程，并就嵌入式光譜儀的工作原理從光源、數據采集系統、數據處理和光譜信號處理四個方面進行介紹，最后提出其發展趨勢。
　　關鍵詞：光譜儀 嵌入式 數據處理
　　中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　
　　1光譜儀的發展
　　光學儀器的一個重要組成部分就是光譜儀器。光譜儀器由于具有分析精度高、測量范圍大、速度快等優點，可以用于對物質的結構和成分等進行測量、分析和處理，目前被廣泛應用于醫藥衛生、冶金、地質、化工、環保等多部門，同時它也是軍事、太空發展、水利探測等不可或缺的遙感儀器。
　　1.1 微型光譜儀的發展
　　伴隨經濟的快速發展，我國對外出口的食品逐年遞增。但近年來，一些經濟發達國家，對我國食品出口進行限制。為應對該種形式，國家相關部門啟動了食品安全檢測專項工作，對所有出口的食品等實施更加嚴格的檢測。但以往的食品檢測分析儀器和檢測模式，早已不能符合現在的要求，這就對國內的測試分析儀器提出了更高的技術指標。
　　隨著科技的進步，微型光譜儀應運而生。相比于傳統光譜儀，微型光譜儀的分辨率稍低，但是其體積小、重量輕、探測速度快、使用便捷、集成度高、可量產、成本較低，且可以實時測量和質量監控。因此微型光譜儀誕生以來被廣泛應用于工業監測、實驗室化學分析、醫學臨床檢驗、航天遙感等諸多領域。
　　1.2 嵌入式光譜儀的發展
　　大部分微型光譜儀具備數據采集功能，但采集得到的數據無法直接處理，需要通過計算機來實現，若在戶外、工程現場、醫院，這就造成諸多不便。而嵌入式虛擬光譜儀則有效的彌補了這些不足，它是在微型光譜儀的原理上添加數據處理和顯示功能，使得光譜分析的所有功能都能夠實現，嵌入式光譜儀操作直觀簡單、攜帶方便。
　　2 嵌入式光譜儀的原理
　　隨著21世紀嵌入式技術的發展，相比之下，原來較為成熟的基于工控機的虛擬儀器設備暴露出了諸多問題?；诠た貦C的虛擬儀器采用插入基于計算機總線的數采板卡構成硬件系統，編寫Windows 系統的驅動程序和應用程序實現軟件功能，但其體積較大、接觸易松動、抗震性能差。而以32位嵌入式微處理器和嵌入式操作系統為基礎的嵌入式計算平臺，小體積、高可靠、可擴充、易升級、智能化，能夠滿足各類工程現場和惡劣環境下對便攜虛擬儀器的需要，獲得了廣泛的工業應用?；谇度胧降挠嬎闫脚_為設計虛擬儀器系統、構建測試系統提供了新的思路。
　　
　　
　　2.1 光源
　　和傳統光譜儀采用的光源不同，嵌入式虛擬光譜儀的光源主要有發光二極管陣列、集成薄膜光源和脈沖黑體光源，它們耗能少、重量輕、抗震性強、使用壽命長，均是較好應用光源選擇。
　　2.2 數據采集模塊
　　嵌入式虛擬光譜儀目前較為常用的數據采集元件，是CCD光電器件，其靈敏度高、高分辨率、數據采集方便，通過與計算機結合使用，便于實現監測系統的數字化、自動化，是目前探測可見光最常用的一種光電轉換器件。如果待探測光源的光譜范圍在紫外或可見光波段時，嵌入式虛擬光譜儀采集元件可以采用光電二極管；若在紅外，則采用測熱輯射汁或者多晶硅溫差電堆陣列。
　　2.3 數據處理系統
　　嵌入式光譜儀數據處理系統中的CPU有很多：X86， MIPC、ARM等。不同的CPU，相應的操作系統選擇不一樣，對應的系統性能也就不同。采取嵌入式操作系統將替代傳統的由手工編制的監控程序或調