微型光谱仪由于其体积小、成本低和使用灵活方便等特点,广泛的应用于众多科研和生产领域,实现工业生产在线控制和在线测量,是光谱仪器一个重要的发展方向。 在此背景下,本课题研究了微型光谱仪基本的光学原理,总结了微型光谱仪光学系统设计和机械结构设计的方法。在此基础上又研究了整体系统的优化设计方法,从而在光学结构、机械结构和软件系统的设计中提高了系统的准确度和合理性,并研制出基于平面光栅的微型光栅光谱仪及配套的软件系统。整体系统性能稳定功能丰富,选用不同型号的光栅可使系统工作波长范围覆盖200～1100nm。经低压汞灯等实际光源测试,得到了成像光谱数据。 本论文着重分析了微型光谱仪软件系统的功能、模块和开发过程。该软件系统由三部分构成:实现微型光谱仪的控制和数据读写功能的USB设备驱动程序;封装微型光谱仪的硬件特性和数据采集功能,给用户提供二次开发支持功能的SMI开发库;实现多种复杂算法对光谱数据进行分析、测试,并提供了友善的人机交互界面的数据分析软件。该软件系统覆盖了从系统驱动程序到应用软件的各个层次。 在软件的开发过程中,本论文先后详细研究了WDM驱动程序原理、USB总线协议和驱动开发技术、SoftICE调试工具、动态链接库(DLL)理论、多线程程序设计和MFC程序设计等内容,采用了模块化的程序设计方法对每个模块进行了深入分解和分析,设计了多个高性能的数据结构和算法,使用VC、DDK、Driver Studio等多种软件开发工具,最终圆满的完成了该软件系统的设计开发工作。该软件系统层次分明、性能稳定、功能丰富,其中USB驱动程序与SMI开发库通信功能与目前市面上的类似产品相比有独创性。