光譜儀是將光子轉換為電子的設備
- SMA905連接器（標記1）
有光纖導入的訊號由SMA905連接器進入光纖平台，SMA905連接器精確地對準光纖端面，固定狹縫，濾光片
- 固定入射狹縫（標記2）
訊號光首先通過入射孔徑的固定狹縫，狹縫的寬度由5um到200um不等，狹縫固定在SMA905連接器中，和光纖端面對準
- 準直鏡（標記4）
準直鏡把入射光準直後透射到光柵上
- 光柵和波長（標記5）
我們把光柵安裝在光學平臺上，通過旋轉光柵，調節到您要求的實際波長，最後將光柵固定，以消除機械漂移
- 聚焦鏡（標記10）
- 感測器 （標記7）
基本概念
光譜儀三大基本概念：1.) 積分時間 2.)波長係數（X軸座標）3.)讀取光譜（Y軸座標）
1.積分時間
電子快門可以防止飽和，使用者可以在軟體中設置積分時間（integration time），類似於相機中的快門曝光時間。所謂積分時間是指探測器“收集”入射光子的總時間，光照越強，積分時間小（積分時間小，雜訊小）；光照越弱，需要的積分時間越大（積分時間大，雜訊大）。最短的積分時間支持 60us，最大的積分時間是65535毫秒，就是65秒。
2.波長係數
波長即每個CCD像素對應的真實波長值。
因為CCD不同，光柵安裝的位置不同，不同的光譜儀每個CCD像素點對應的具體波長是不一致的。我們通過波長係數對CCD上每一個點對應的波長進行計算。 波長係數是5個變數，被保存在光譜儀的EEPROM(電子抹除式可複寫唯讀記憶體)。 最理想狀態是我們把每個CCD像素對應的波長寫在EEPROM裡面，但是這樣需要4096byte的EEPROM，比較浪費存儲空間，而且每次開機讀取4096像素需花費2-3分鐘。 因此，我們通過曲線擬合的方式，做了一個多項式擬合算法，把多項式的係數記錄在EEPROM裡面，這樣，用戶只需讀取多項式係數，即可自行計算每個CCD像素對應的真實波長值。
Wavelength = A0 + A1*pixel_index + A2*pixel_index* pixel_index + A3* pixel_index* pixel_index* pixel_index + A4*pixel_index*pixel_index*pixel_index*pixel_index + A5*pixel_index* pixel_index* pixel_index* pixel_index* pixel_index
例如 下圖，該光譜儀：
A0 =197.9969876
A1=0.209856689
A2=-1.30757E-05
A3=-1.61546E-09
A4=0(可不填)
A5=0(可不填)
CCD上第55像素對應的波長
wavelength55 = 197.9969876 + 0.209856689*55 + (-1.30757E-05)*55*55 + (-1.61546E-09)*55*55*55
wavelength55 = 209.4968nm
第55個像素對應的實際波長是209.4968nm
在串口光譜儀開發中，需要使用者根據上面公式，自行計算每個像素點對應的實際波長值。在USB二次開發套件中，我們已經內置了轉換公式，用戶可以直接讀出2048個像素點對應的波長值。
讀取光譜（Y軸座標）
我們發09命令即可讀取光譜儀中的光譜值，我們一次讀取2048個點的光譜值，作為Y軸陣列。 X軸陣列由上一講的波長係數計算而得。
硬體介面
此介面使用 2.0MM-24P 插座
介面定義如下：
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Pin# |
定義 |
功能 |
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1 |
EX_SET |
類比電源輸出控制雷射器功率(輸入電壓0~2.5V) 設置電壓0~2500mV，對應0~最大雷射功率 |
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2 |
Monitor RT |
雷射器溫度回饋輸入 |
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3 |
TEMP_SET |
雷射器溫度設置 |
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4 |
Monitor ILD |
雷射器功率回饋輸入 |
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5 |
TEC_SB |
制冷器軟體使能 |
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6 |
Bluetooth Status |
藍牙狀態回饋 |
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7 |
TEC_TEMPGD |
制冷器狀態回饋 |
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8 |
GPIO_PC11 |
3.3V，GPIO輸出狀態可配置(可控制光閘) |
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9 |
Laser En |
雷射器使能控制，輸出，3.3V高電平有效 |
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10 |
GPIO_PB8 |
3.3V，預留 |
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11 |
Bluetooth Mode Ctl |
藍牙模式選擇，控制模式管腳 |
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12 |
GPIO_PB9 |
3.3V，預留 |
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13 |
UART5_TX |
3.3V串口資料發送(TTL串口) |
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14 |
I2C2_SCL |
預留3.3V，無上拉 |
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15 |
UART5_RX |
3.3V串口資料接收(TTL串口) |
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16 |
I2C_SDA |
預留3.3V，無上拉 |
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17 |
SYNC_OUT |
外部觸發輸出訊號， 3.3V可用於控制氙燈，如果是CCDDRV2.0板子需要外接3.3轉5v的轉換板，CCDDRV7.0板子直接輸出5v。 |
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18 |
FP_RESVER |
預留5.0V，輸入 |
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19 |
InterLock N |
雷射器InterLock控制(控制雷射器的開關) 輸入，低電平有效，默認拉高。 |
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20 |
SYNC_IN |
外部觸發輸入訊號3.3V，脈衝輸入，可作為外部觸發，搭配外部按鍵，可讓光譜儀按鍵後自動採譜 |
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21 |
DC5V |
電源正，最大輸出能力5V/1A |
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22 |
GND |
電源地 |
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23 |
DC5V |
電源正 |
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24 |
GND |
訊號地 |