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带可编程增益跨阻放大器和数字同步检波功能的双通道色度计

2015年09月07日 ?? 收藏1

电路评估与测试

EVAL-CN0363-PMDZ板的完整文档,包括原理图、布局图、Gerber文件和物料清单,可在CN-0363设计支持包中找到,网址:www.analog.com/CN0363-DesignSupport。

CN-0363评估软件与FPGA开发板通信,以从EVAL-CN0363-PMDZ电路板捕捉数据并进行分析。

设备要求

·EVAL-CN0363-PMDZ电路评估板

·6 V至12 V、500 mA直流电源或壁式电源适配器

·FPGA开发板(如ZedBoard)和12 V电源

·8 GB SD卡,随同EVAL-CN0363-PMDZ提供

·USB键盘和鼠标组合

·HDMI监视器(仅HD)

·CN-0363评估软件(参见CN-0363用户指南)

·蒸馏水和测试液体样本

开始使用

有关评估硬件和软件的操作详情,请参阅CN-0363用户指南。

HDL软件和驱动在软件链接中提供,支持各种FPGA开发板,例如Avnet ZedBoard。

开发平台需要一个SD开,其已随同CN-0363硬件提供。 SD卡已经过适当分区,但必须用最新镜像予以更新。 程序参见CN-0363用户指南。

功能框图

图5所示为测试设置的功能框图。

图5. 评估系统功能框图
图5. 评估系统功能框图

设置

按照如下方式设置系统:

1.用PMOD电缆连接EVAL-CN0363- PMDZ和ZedBoard,并将一个6 V至12 V直流电源连接到J2电源连接器。 此时不要接通电源。

2.将USB键盘/鼠标、HDMI监视器和电源连接到ZedBoard。 此时不要接通电源。

测试

按照如下方式初始化系统:

1.接通EVAL-CN0363-PMDZ板的电源。

2.接通ZedBoard的电源。

3.让系统开始引导。

4.若需要,输入CN-0363用户指南所述的适当键盘命令。

校准

系统需进行一次初始校准,以便补偿波束分离器与光电二极管之间的对齐误差,以及补偿光电二极管的所有响应失配。 若要校准系统,以蒸馏水填充两个容器,然后插入PCB的方孔中。 在校准过程中,建议将光电二极管屏蔽起来,防止环境光线照射。

在软件中启动自动校准程序:从Menu(菜单)栏打开Calibration(校准)对话框,然后单击Calibrate(校准)。 完成全部校准程序需要几秒钟时间,进度条会指示当前步骤。 校准完成时,校准值会更新。 校准会消除零点失调,并设置各通道的正确增益。 校准数据还包括一个乘法系数K,其表示满量程激励下参考通道值和样本通道值的相对关系。

针对每种LED颜色,软件都会计算系数K,因此有:

图11

其中,K表示经计算得出的校准常数。

完成校准后,软件在后续测量中均使用这些校准常数。

在光谱技术上,吸光度定义为到达被测介质的光与通过介质传递的光的对数之比。 根据比尔-朗伯特定律,通过介质传递的光量随通道长度和浓度的增加而以指数规律递减。 通过将吸光度定义为对数,可使得它与介质的浓度直接成比例(假设通道长度不变)。

图12

无需使用有害化学物质即可验证该理论的简单方法,是测量食用色素的染料浓度。 图6显示采用EVAL-CN0363-PMDZ进行测量时,黄色5号染料不同浓度的实验结果。

图6. 465 nm(主波长)光下黄色5号染料的吸光度直线
图6. 465 nm(主波长)光下黄色5号染料的吸光度直线

黄色溶液可强烈吸收蓝光;因此,测量采用蓝光(465 nm主波长)LED作为光源。 x轴表示体积浓度(每毫升水中染料的毫升数,因此x轴没有单位),y轴表示吸光度。 根据比尔-朗伯特定律的预测,吸光度随浓度呈线性变化。

分析样本

单击Automated Data Collection(自动收集数据)选项卡中的Analyze Sample(分析样本)按钮(参见图7)以自动分析样本,循环处理所有三种颜色,并计算每种颜色的吸光度。 完成分析需要几秒钟时间,进度条会更新以指示当前步骤。 分析完成时会显示吸光度值。 然后便可将该样本与样本库中的现有样本进行比对,或将其保存到样本库中供将来使用。

图7. Automated Data Collection(自动收集数据)选项卡视图
图7. Automated Data Collection(自动收集数据)选项卡视图

电流/吸光度测量和手动设置

通过Current/Absorbance Measurement(电流/吸光度测量)选项卡,用户可以直接手动控制LED和增益,以及查看原始数据(参见图8)。 下列参数可供设置: Excitation Frequency(激励频率)、Excitation Current(激励电流)、LED(红光、绿光或蓝光)、Reference Channel Gain(参考通道增益)和Sample Channel Gain(样本通道增益)。

更改这些值后,运行自动校准程序可以恢复初始默认值。

图8. Current/Absorbance Measurement(电流/吸光度测量)选项卡视图
图8. Current/Absorbance Measurement(电流/吸光度测量)选项卡视图

样本库

利用Sample Library(样本库)选项卡(参见图9),用户可以管理和比较以前保存的样本数据。 左侧是所有样本的列表。 右侧是当前所选样本的吸光度值。

按住CTRL键可以选择多个样本。 利用此功能可以直接比较多个样本的吸光度。 选择样本,然后单击Remove(删除),可以将样本从库中删除。 从库中删除的样本无法恢复。

EVAL-CN0363-PMDZ板的照片如图10所示。

图9. Sample Library(样本库)选项卡视图
图9. Sample Library(样本库)选项卡视图

图 10. EVAL-CN0363-PMDZ照片
图 10. EVAL-CN0363-PMDZ照片

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