一種量子點(diǎn)嵌入式光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種量子點(diǎn)嵌入式光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜儀器是用來研究和分析物質(zhì)的光譜的裝置，它的基本功能是測(cè)定所研宄的物質(zhì)吸收、發(fā)射、散射或者受激發(fā)射的光譜組成，包括它的波長(zhǎng)和強(qiáng)度等。光譜技術(shù)利用光線在被測(cè)樣品內(nèi)部的吸收、反射及散射特征來實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品參數(shù)的檢測(cè)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、科技農(nóng)業(yè)、軍事分析以及工業(yè)流程監(jiān)控等領(lǐng)域，特別是食品安全、環(huán)境和生物監(jiān)測(cè)等大量民用光譜儀的需求正在不斷增長(zhǎng)。隨著微型光譜儀的發(fā)展，對(duì)于微弱光的探測(cè)收到越來越多的挑戰(zhàn)，研究一種新型的光譜儀，成為各國(guó)科研人員研究的熱點(diǎn)。
[0003]目前，微型光譜儀都采用硅材料CCD或CMOS陣列探測(cè)器，其探測(cè)范圍一般在1000nm左右，不能在及其微弱光的條件下完成光譜數(shù)據(jù)采集，加上讀取速度較慢以及探測(cè)能力和響應(yīng)的靈敏度較低，不能滿足測(cè)試條件比較苛刻的探測(cè)環(huán)境，使得光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍受到很大的制約。此外，量子點(diǎn)探測(cè)器由于器件較多，容易產(chǎn)生熱量而影響探測(cè)器性能，尤其數(shù)據(jù)采用USB進(jìn)行有線傳送，在空間上阻礙了數(shù)據(jù)的收集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種量子點(diǎn)嵌入式光譜儀，采用n-1-η型量子點(diǎn)光電探測(cè)器和一空四線硅穿孔小型封裝技術(shù)，對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控組成不同波長(zhǎng)的探測(cè)陣列，使量子點(diǎn)能夠探測(cè)到1.5 um或更大波長(zhǎng)的范圍，可在及其微弱光的條件下完成光譜數(shù)據(jù)采集，不但提高器件的靈敏度，降低了25%功耗，而且還能通過WIFI傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)APP進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)顯示和處理，進(jìn)一步拓寬了光譜的工作范圍，提高了測(cè)量精度、靈敏度和讀出速度，結(jié)構(gòu)緊湊，抗環(huán)境溫度、壓力變化的性能好，尤其滿足了環(huán)保、野外、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及星載分析檢測(cè)的智能化、小型化和輕量化的需求。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種量子點(diǎn)嵌入式光譜儀，包括光學(xué)系統(tǒng)、量子點(diǎn)探測(cè)器、讀出電路、預(yù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換、FPGA處理器、時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路，其特點(diǎn)是讀出電路由PCB基板采用一空四線硅穿孔的連接方式與量子點(diǎn)探測(cè)器的探測(cè)陣列對(duì)接，組成16mmX12mm X 5mm的小型封裝結(jié)構(gòu)，封裝后的讀出電路分別與預(yù)處理模塊和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路連接，預(yù)處理模塊與A/D轉(zhuǎn)換和FPGA處理器依次串接后接入時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路，F(xiàn)PGA處理器由WiFi模塊與APP手機(jī)終端連接，被測(cè)光源經(jīng)光源系統(tǒng)的光柵分光，量子點(diǎn)探測(cè)器將照射到量子點(diǎn)探測(cè)陣列上光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后由PCB基板接入讀出電路，讀出電路由時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的時(shí)序信號(hào)控制量子點(diǎn)探測(cè)器陣列的讀出，讀出數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理模塊的信號(hào)放大和濾波后輸入A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由FPGA處理器通過WiFi模塊傳輸?shù)紸PP手機(jī)終端，由APP手機(jī)終端對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和處理。
[0006]所述量子點(diǎn)探測(cè)器為n-1-n型量子點(diǎn)且以量子點(diǎn)中子能級(jí)和量子點(diǎn)大小調(diào)節(jié)成不同波長(zhǎng)的探測(cè)陣列，實(shí)現(xiàn)更廣光譜范圍的探測(cè)。
[0007]所述APP手機(jī)終端采用多任務(wù)流水線對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和處理。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有高靈敏度、高信噪比、大響應(yīng)率和讀出速度快的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控組成不同波長(zhǎng)的探測(cè)陣列，使量子點(diǎn)能夠探測(cè)到1.5 um或更大波長(zhǎng)的范圍，可在及其微弱光的條件下完成光譜數(shù)據(jù)采集，進(jìn)一步拓寬了光譜的工作范圍，提高了測(cè)量精度、靈敏度和讀出速度，小型封裝結(jié)構(gòu)利用一空四線硅穿孔技術(shù)，大大減小了布板面積以及功耗，結(jié)構(gòu)緊湊，通過WIFI傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)APP進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)顯示和處理，滿足了智能化、小型化和輕量化的需求。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為封裝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為一孔四線硅穿孔結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為APP手機(jī)終端處理數(shù)據(jù)流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]
參閱附圖1，本發(fā)明由光學(xué)系統(tǒng)1、量子點(diǎn)探測(cè)器2、讀出電路4、預(yù)處理模塊6、A/D轉(zhuǎn)換7、WiFi模塊8、APP手機(jī)終端9、FPGA處理器10和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路11組成，所述量子點(diǎn)探測(cè)器2采用n-1-n型量子點(diǎn)且以量子點(diǎn)中子能級(jí)和量子點(diǎn)大小調(diào)節(jié)成不同波長(zhǎng)的探測(cè)陣列，實(shí)現(xiàn)更廣光譜范圍的探測(cè);所述讀出電路4由PCB基板3采用一空四線硅穿孔的連接方式與量子點(diǎn)探測(cè)器2的探測(cè)陣列對(duì)接，組成16mm X 12mm X 5mm的小型封裝結(jié)構(gòu)5，封裝后的讀出電路4分別與預(yù)處理模塊6和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路11連接，預(yù)處理模塊6與A/D轉(zhuǎn)換7和FPGA處理器10依次串接后接入時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路11，F(xiàn)PGA處理器10通過WiFi模塊8后與APP手機(jī)終端9連接。
[0011]參閱附圖2，所述小型封裝結(jié)構(gòu)5的頂層為量子點(diǎn)探測(cè)器2的探測(cè)陣列，底層為讀出電路4，中間層是用來連接讀出電路4與量子點(diǎn)探測(cè)器2的PCB基板3，讀出電路4由PCB基板3采用一空四線娃穿孔的連接方式與量子點(diǎn)探測(cè)器2的探測(cè)陣列對(duì)接，組成16mm X 12mm X 5mm的小型封裝結(jié)構(gòu)5。
[0012]參閱附圖3，所述對(duì)接采用一空四線硅穿孔連接方式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)孔連接四個(gè)像元，大大減小的布板面積和降低了功耗。
[0013]參閱附圖4，所述APP手機(jī)終端9采用多任務(wù)流水線對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和處理，所述多任務(wù)流水線為人機(jī)控制與實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和設(shè)備控制之間利用流水線的方式進(jìn)行控制并由光譜曲線顯示圖形界面;所述設(shè)備控制為控制外部設(shè)備以及數(shù)據(jù)的接收和傳輸;所述數(shù)據(jù)處理將對(duì)上傳的光譜數(shù)據(jù)去除最大點(diǎn)或死像元;所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)處理后的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，防止數(shù)據(jù)丟失;所述實(shí)時(shí)顯示對(duì)存儲(chǔ)的光譜數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行顯不O
[0014]本發(fā)明是這樣工作的:將鹵素?zé)粽丈涞焦庠聪到y(tǒng)I，被測(cè)光源經(jīng)光源系統(tǒng)I的光柵分光，照射到量子點(diǎn)探測(cè)器2的探測(cè)陣列上，量子點(diǎn)探測(cè)器2將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后由PCB基板3接入讀出電路4，讀出電路4由時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路11產(chǎn)生的時(shí)序信號(hào)控制量子點(diǎn)探測(cè)器2的探測(cè)陣列讀出，讀出數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理模塊6的信號(hào)放大和濾波后輸入A/D轉(zhuǎn)換7，A/D轉(zhuǎn)換7將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由FPGA處理器10通過WiFi模塊8傳輸?shù)紸PP手機(jī)終端9，由APP手機(jī)終端9對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和處理。
[0015]以上只是對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，并非用以限制本專利的實(shí)施應(yīng)用，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均應(yīng)包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種量子點(diǎn)嵌入式光譜儀，包括光學(xué)系統(tǒng)、量子點(diǎn)探測(cè)器、讀出電路、預(yù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換、FPGA處理器、時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于讀出電路由PCB基板采用一空四線硅穿孔的連接方式與量子點(diǎn)探測(cè)器的探測(cè)陣列對(duì)接，組成16mm X 12mm X 5mm的小型封裝結(jié)構(gòu)，封裝后的讀出電路分別與預(yù)處理模塊和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路連接，預(yù)處理模塊與A/D轉(zhuǎn)換和FPGA處理器依次串接后接入時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路，F(xiàn)PGA處理器由WiFi模塊與APP手機(jī)終端連接，被測(cè)光源經(jīng)光源系統(tǒng)的光柵分光，量子點(diǎn)探測(cè)器將照射到量子點(diǎn)探測(cè)陣列上光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后由PCB基板接入讀出電路，讀出電路由時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的時(shí)序信號(hào)控制量子點(diǎn)探測(cè)器陣列的讀出，讀出數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理模塊的信號(hào)放大和濾波后輸入A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由FPGA處理器通過WiFi模塊傳輸?shù)紸PP手機(jī)終端，由APP手機(jī)終端對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述量子點(diǎn)嵌入式光譜儀，其特征在于所述量子點(diǎn)探測(cè)器為n-1-n型量子點(diǎn)且以量子點(diǎn)中子能級(jí)和量子點(diǎn)大小調(diào)節(jié)成不同波長(zhǎng)的探測(cè)陣列，實(shí)現(xiàn)更廣光譜范圍的探測(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述量子點(diǎn)嵌入式光譜儀，其特征在于所述APP手機(jī)終端采用多任務(wù)流水線對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種量子點(diǎn)嵌入式光譜儀，其特點(diǎn)是所述讀出電路由PCB基板采用一空四線硅穿孔的連接方式與量子點(diǎn)探測(cè)器對(duì)接組成小型封裝結(jié)構(gòu)，封裝后的讀出電路分別與預(yù)處理模塊和時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路連接，預(yù)處理模塊與A/D轉(zhuǎn)換和FPGA處理器依次串接后與時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路連接，F(xiàn)PGA處理器串接WiFi模塊后與APP手機(jī)終端連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有高靈敏度、高信噪比和大響應(yīng)率，對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控組成不同波長(zhǎng)的探測(cè)陣列，能夠探測(cè)到1.5？um或更大波長(zhǎng)的范圍，可在及其微弱光的條件下完成光譜數(shù)據(jù)采集，大大減小了布板面積以及功耗，通過WIFI傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)APP進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)顯示和處理，滿足了智能化、小型化和輕量化的需求。
【IPC分類】G01N21/25
【公開號(hào)】CN105548033
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610024715
【發(fā)明人】郭方敏, 陸海東, 鄭厚植, 張淑驊, 沈建華, 羅樂
【申請(qǐng)人】華東師范大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月15日