[發明專利]模擬等光程差控制的干涉信號發生器

有效

• 申請號: 201310039515.8
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103148943A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 王海英;華建文;代作曉;顧明劍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域：

本發明是一種干涉信號發生器，特別涉及一種模擬等光程差控制的干涉信號發生器。

背景技術：

傅立葉光譜探測技術是利用Michelson(邁克爾遜)干涉儀原理，對被測目標的干涉信號按照等光程差進行采樣，然后把光強信號通過反傅立葉變換，從而得到被觀測目標光譜信號的一種探測手段。

干涉信號是干涉儀產生的，一般需要有探測器、干涉系統以及光學系統。紅外波段的探測器還需要工作在低溫環境，地面工作時需要使用杜瓦加液氮制冷。同時還需要參考激光器，利用參考激光信號通過干涉系統產生等光程差采樣同步信號。

干涉信號獲取系統主要是完成干涉圖信號的采樣和相關處理，這些信號獲取和處理除了受到信號本身的特性比如動態范圍、信號噪聲水平等限制，同時還受到光程差時間間隔限制，數據的調理、采集、傳輸、存儲都需要在一個等光程差間隔內完成。

實驗條件復雜并且受到時序限制，如果能夠按照干涉儀工作原理產生干涉信號替代真實的干涉儀輸出信號，可以完成探測器之外的信號獲取電路驗證。目前的信號發生器除了標準的通用儀器以外也有設計人員自行設計的信號發生裝置，例如中北大學電子測試技術國家重點實驗室胡振良和任勇峰發表的《基于FPGA和AD768的高精度信號卡設計》(《微計算機信息》2008年第24卷第1-2期第205~206頁)，文中提到的裝置為自動測試提供高精度的信號卡。還有中北大學教育部儀器科學與動態測試重點實驗室趙呈愷等發表的《基于FPGA和AD768的高精度多路信號源設計》（《機械工程與自動化》2010年2月第1期第139~141頁）中描述了測試中使用的方波信號發生器的設計。這些設計的信號發生器都是利用數模轉換來產生需要的測試信號，但是不具備傅立葉光譜儀的信號特征，主要的不足如下：

1.傳統信號發生器輸出的信號波形比較簡單

傳統的信號發生器能模擬的函數雖然形式多樣，但是這些函數相對都比較簡單，現有的信號發生裝置從原理上無法產生干涉圖信號?；谶~克爾遜干涉原理的干涉儀產生的干涉信號是光程差的函數，當光程差為0時，信號的強度最大，而隨著光程差增加，信號強度急劇減弱，干涉信號比普通的三角波信號、方波信號以及三角函數信號產生機理復雜，現有的信號發生器很難實現，干涉信號波形特征見附圖1。

2.信號輸出不提供與信號變化相一致的外部參考

現有的信號發生器雖然信號的頻率可調，但不提供與信號變化時刻相一致的參考基準，對被測信號的采樣時刻以及采樣的結果都存在不確定性（采樣時刻和采樣結果預先均不知道）。干涉信號的采樣與等光程差信號緊密相關，同時等光程差信號還作為后續信號獲取和處理的時間基準，所以模擬干涉信號的輸出必須按照等光程差參考信號控制產生。信號輸出與控制信號的關系見附圖2。

發明內容：

本專利的目的是提供一種模擬等光程差控制的干涉信號發生器裝置，解決了現有信號發生器不具備提供復雜信號波形的難點，克服現有信號發生器中信號幅度不能任意設定的局限，具有任意波形發生器的特點，并且還提供與信號變化相一致采樣時間基準，特別適合干涉系統的電路調試。

模擬等光程差控制的干涉信號發生器包括兩個部分，第一部分的功能是產生兩路信號，分別是動鏡勻速區狀態指示信號和等光程差控制信號，第二部分的功能是以第一部分產生的兩路信號做參考，完成DAC轉換，產生干涉信號。第一部分由晶振1、開關、微控制器1構成；第二部分由晶振2、微處理器2、SRAM、電平轉換器件、DAC轉換器、緩沖放大器及BNC插座構成。系統組成框圖見說明書附圖3。

下面描述各組成硬件的技術參數。

首先介紹有源晶振，晶振1和晶振2均為有源晶振，它們為微控制器提供工作時鐘，晶振的參數主要是工作電壓和輸出頻率，工作電壓選擇正3.3V，工作頻率根據系統最高的時間分辨率決定,設計人員可以根據自己的需要以及所選擇的微控制的要求選擇合適的晶振，為系統提供工作時鐘。

微控制器1和微處理器2是單片機或者數字信號處理器（DSP），微控制1和微控制器2器在形式上可以相同也可以不同，微控制器的工作時鐘決定控制器的處理速度，選擇DSP2407、DSP2812或者MSP430F149。

開關選擇“輕觸開關”，它的特點是，開關按下時開關導通，開關松開時開關斷開。開關一端有上拉電阻，另一端接地，并把有上拉電阻的一端接入到微控制器1。