[實用新型]一種模擬濾波與數字積分相結合的直讀光譜信號采集電路

有效

• 申請號: 201220433318.5
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN202748135U
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 徐榮網
• 申請（專利權）人: 昆山書豪儀器科技有限公司;徐榮網
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本實用新型屬于直讀光譜儀技術領域，具體涉及一種模擬濾波與數字積分相結合的直讀光譜信號采集電路。

背景技術

早期光電直讀光譜儀測控電路框圖如圖1所示：圖1中16個光電倍增管輸出信號被電阻電容組成的積分器轉換成電壓信號并連接到對應的電壓跟隨器上，16個電壓跟隨器連接在16選1的模擬開關的輸入端。由FPGA控制16選1的模擬開關依次與12位的AD芯片連接并讀取數據。

圖2中R1和C1構成電容電阻積分器，U1是電壓跟隨器，U2是2選1模擬開關，PMT_SIGN是光電倍增管信號輸出端，ctrl_signal1信號是來自FPGA的模擬開關控制信號，OUT端連接16選1的模擬開關。該測控系統的作用是讀出光電倍增管輸出的電流信號對指定時間T在電阻電容積分器上的積分電壓。在該電路中，儀器光源激發時，FPGA將循環的選通連接在16選1的模擬開關16個輸入腳的電壓信號，FPGA通過AD轉換器將電壓信號轉換成數字信號后上傳到單片機中，單片機中設定了電容放電電壓，當電容上的電壓超過這個電壓后單片機必須記錄所讀數據并使U2的1腳和2腳相連放掉電容上面的電。該電路系統的缺點時：1、電容C1上的電荷不能完全經R2放掉引入了測量誤差。2、12位AD是分別采集16個通道的電壓，這樣采集成為串行采集，延長了整臺儀器的分析時間。3、光電倍增管輸出的部分高頻噪聲被R1和C1組成的積分器積分，導致儀器檢測低含量的能力下降。4、在整個激發過程中每個通道的數據記錄要通過很多數字控制信號才能完成，容易被光源產生的電磁干擾所干擾。

實用新型內容

實用新型目的：本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種模擬濾波與數字積分相結合的直讀光譜信號采集電路，該電路采用模擬濾波放大器提高了微弱信號的檢測能力，電路設計使得數據轉換過程中不需邏輯控制，避免了被電磁干擾的風險，真正實現了多通道數據的并行采集。

技術方案：本實用新型所述的一種模擬濾波與數字積分相結合的直讀光譜信號采集電路，包括與計算機連接的主控板和若干條連接在主控板和光電倍增管輸出端的之間的采集支路，所述采集支路由計數器、電壓-頻率轉換器、模擬濾波放大器依次串聯而成。

進一步，該電路包括多塊元素采集板，所述元素采集板分別由8條支路組成。

上述電路的具體工作過程為：光電倍增管輸出的電流信號經模擬濾波放大器放大成電壓信號，該電壓信號經電壓-頻率轉換器轉化成成與瞬時電壓成正比的頻率的數字電平脈沖，這些脈沖由FPGA編程得到的計數器同時記錄每個支路在分析時所輸出脈沖數。

??設光電倍增管輸出電流為???????????????????????????????????????????????，模擬濾波放大器的增益為,模擬濾波放大器輸出為，電壓-頻率轉換器輸出頻率為，電壓-頻率轉換器轉換系數為,則有：

?????????????????????????????????

而

所以計數器計下指定時間下電壓-頻率轉換器輸出的脈沖數就是對電流的積分，同樣實現了光電倍增管輸出信號電流對指定時間的積分。模擬濾波放大器衰減較高頻率的噪聲信號，放大低頻率的有用信號，這樣的模塊放在電路中使電路能篩選出更小的有用信號。所有支路的數據都同時被由FPGA編程得到的計數器存儲，真正實現了所有通道數據的并行采集，且在數據讀取過程中不需做任何邏輯控制，避免了被儀器光源激發產生的電磁輻射所干擾。

本實用新型與現有技術相比，其有益效果是：（1）采用模擬濾波放大器提高了微弱信號的檢測能力，提升了整臺儀器檢測樣品中低含量元素的能力；（2）巧妙的電路設計使得數據轉換過程中不需邏輯控制，避免了被電磁干擾的風險，大大提高了儀器的穩定性；（3）真正實現了多通道數據的并行采集。

附圖說明

圖1為早期光電直讀光譜儀測控電路框圖。

圖2為早期光電直讀光譜儀測控電路圖。

圖3為本實用新型的電路框圖。

具體實施方式

下面對本實用新型技術方案進行詳細說明，但是本實用新型的保護范圍不局限于所述實施例。

如圖3所示，一種模擬濾波與數字積分相結合的直讀光譜信號采集電路，包括與計算機連接的主控板和多條連接在主控板和光電倍增管輸出端的之間的采集支路，每8條采集支路組成1個元素采集板，所述采集支路由計數器、電壓-頻率轉換器、模擬濾波放大器依次串聯而成，上述計數器與主控板由FPGA編程得到。

如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本實用新型，但其不得解釋為對本實用新型自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本實用新型的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。