圖8所示為濱松公司高壓模塊的原理框圖。

為滿足不同的測量要求,需要設置三個量程。一般量程的調整為人工調整電位器,效率較低、精度不好控制。這里我們利用單片機控制可編程數字電位器X9C103來實現調整倍增管高壓,圖9是X9C103的接線原理圖。根據測量輸出信號的強弱,相應調整PMT的高壓,并將調整的狀態通過并口送入計算機。X9C103是一個包含100個電阻單元的電阻陣列。在每個單元之間和任一端都有可以被滑動單元訪問的抽頭點?；瑒訂卧奈恢糜善x輸入端CS、升/降輸入端U/D、增加輸入端INC控制。它類似于TTL升/降計數器,總阻值10kΩ、工作時鐘250kHz、工作電壓+5V,滑動端位置存儲于非易失性存儲器中,可在上電時重新調用,滑動端位置數據可保存100年。X9C103是固態非易失性電位器,它與機械電位器相比有調節更精確、不受意外影響（振動、污染）、節省空間、易于安裝、滑動端位置易于由單片機或邏輯電路控制的優點,是理想的數控微調電位器。三線接口由單片機P0口控制1片74LS374來完成鎖存,軟件編程實現。

二、應用

為了滿足光譜采集的需要,我們設計了相應的信號采集電路,應用單片機控制A/D芯片完成對于兩種不同的探測器輸出信號的采集。實際應用表明,采集系統的信噪比、采樣頻率等性能可以滿足測量的要求。

1.用于CCD輸出信號采集

采用CCD測量光譜大大縮短了測量時間,減少了外界環境對測量精度的影響。對于閃光燈、熒光和磷光等強度隨時間變化的光源,采用CCD測量其光譜分析,能得到精確的測量結果。

單片機在其中要完成的工作是控制CCD時序脈沖的產生和高速A/D采樣頻率的實現等,其原理框圖如圖10所示。對于兩相線陣CCD,須要在其相關引腳加入適當脈沖才能正常工作,主要有兩相時鐘脈沖ψA和ψB、轉移門ψTG、復位門ψR,并且要輸出與CCD輸出信號同步的脈沖,作為信號采集的同步觸發信號,其主驅動脈沖由單片機控制產生。

CCD將光信號轉換成視頻脈沖信號后,經差分放大和電平調整電路后,輸出滿足MAX120輸入信號范圍的信號（-5～+5V）,送入A/D轉換器的輸入端。邏輯控制電路的輸入信號是CCD視頻脈沖同步信號、微處理器控制是否進行A/D轉換信號、A/D轉換器狀態信號和數據存儲器地址信號,經一定的邏輯運算后輸出A/D轉換的起始信號、地址產生器的計數信號以及送入AT89C52單片機計數端口用來控制轉換次數的計數信號。數據隔離器的作用是將A/D轉換部分的數據線與主機部分的數據線隔離,使兩部分可同時獨立工作,不會產生干擾,且在需要時可將A/D轉換器的轉換結果（在存儲器中）讀入主機進行處理。地址產生器由二進制計數器構成,數據存儲器的地址線與計數器的輸出端相接,計數輸入信號有清零信號和計數信號。其中,清零信號受主機控制,每次對1幀CCD信號轉換前,必須將地址產生器清零,使2048個像元信號的轉換結果從零地址開始依次存放;同樣,在讀存儲單元時,也要先地址產生器清零。計數信號由邏輯控制單元提供,在A/D轉換和讀存儲器期間,每對存儲器操作1次就使地址加1,連續操作就可以順序讀寫存儲器。地址分配器是主機用來給每個讀寫端口分配地址的。由于本系統的獨持設計,每個數據存儲器只占用1個地址。只要反復對某一地址操作,就可將存儲器中的數據讀出。

后,由系統總控制單元采用適當的計算對其進行處理得到被測物圖像的信息。系統總控制單元除完成數據處理工作以外,還擔負著數據存儲、CCD積分時間控制、PC遠程數據傳輸和控制等工作。

下面給出利用信號采集系統得到的實測光譜。圖11是用CCD實測的閃光燈泵浦可調諧摻鈦寶石激光器的輸出光譜。通過在激光腔內加一鈮酸鈮晶體光電開關,改變鈮酸晶體上的電壓,使不同波長的光在激光腔內發生振蕩,從而實現鈦寶石調諧。這是一種新型的實現鈦定石調諧的實驗方法,圖11所示光譜線就是改變鈮酸鈮晶體電壓,用CCD實測的鈦寶石激光器的輸出光譜線。每改變一次電壓就能很快地、準確地得知輸出光的波長和帶寬。

2.用于光電倍增管輸出信號采集

根據被采集光譜信號的特征和采樣頻率的要求,我們設計了相應的信號采集電路,如圖12所示。它的采樣頻率為50kHz,同時根據測量信號的強弱,相應地調整光電倍增管的高壓,從而提高采集系統的動態范圍。在這種工作模式下,由AT89C52完成信號采集過程控制和倍增管的高壓自動調整?？刂仆瓿尚盘柕牟杉?、數據存儲和數據的傳輸。數據存儲由一片6264完成,采集到的光譜強度通過并行口送入計算機進行處理。

由于PMT的靈敏度高、精度高,常用來測量分子吸收光譜。利用光譜法檢測空氣中污染氣體的含量,是目前常用的快捷、連續、在線的監測方法。研究污染氣體分子的特征吸收光譜是準確測量的關鍵。圖13是利用光電倍增管測得的SO2特片吸收光譜。它是用氘燈日光源,光經過含有SO2氣體的吸收波,由光譜儀分光,在出射狹縫處用光光倍增管接收光譜信號。在50kHz采樣頻率下測得SO2在300nm波長附近的特征吸收光譜,入射光的調制頻率日1kHz。