[發明專利]一種基于可編程放大器的寬范圍微水測量系統

無效

• 申請號: 201310309734.3
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103411902A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 常軍;田均強;朱存光;王強;劉永寧;魏巍;高婷;孔德龍;宋復俊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/35
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

1.一種基于可編程放大電路的寬范圍微水測量系統，包括中央控制電路、數模轉換模塊、DFB激光器、光纖準直器、光電轉換器、可編程放大電路和模數轉換模塊，其特征在于中央控制電路連接至數模轉換模塊，數模轉換模塊的模擬信號輸出端連接至DFB激光器，DFB激光器的輸出端經其尾纖接入光纖準直器，光纖準直器的輸出端連接到光電轉換器的輸入端面，光電轉換器的輸出端連接到可編程放大電路的輸入端，可編程放大電路的控制端與中央控制電路相連；可編程放大電路的輸出端接入模數轉換模塊的輸入端，模數轉換模塊的輸出端連接到中央控制電路，中央控制電路根據采集到的信號大小反饋調整可編程放大電路的放大倍數；

所述可編程放大電路包括集成塊U101、電容C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40和電阻R9，集成塊U101型號為AD8321，其中電阻R9和電容C32相連接組成是一個低通濾波器，連接點接到AD8321的引腳2，該低通濾波器對輸入到可編程放大電路的時鐘進行的濾波，AD8321的引腳1、引腳2經電阻R9、引腳3、引腳6連接到中央控制電路的IO管腳上，實現中央控制電路對可編程放大電路的控制，AD8321的正相輸入端即引腳18通過串接電容C38與地相連，反相輸入端即引腳19與前級光電轉換器的輸出端相連接，AD8321的輸出端即引腳10連接到模數轉換模塊的輸入端；

所述數模轉換模塊包括數模轉換芯片U11和電容C23、C24，芯片U11型號為TLC5615，其中電容C23連接在TLC5615的引腳5和8之間以實現對U11供電電源的濾波，電容C24連接在TLC5615的引腳5和6之間以實現對數模轉換模塊參考電壓的濾波；TLC5615的引腳1和中央控制電路相連接，引腳7和DFB激光器相連接；

所述模數轉換模塊包括模數轉換芯片U21和電阻R4、電容C25，芯片U21型號為MAX1287，其中電阻R4和電容C25相連接并接到芯片的供電電源處，電阻R4的另一端接到MAX1287的引腳1處，電容C25的另一端接地，即MAX1287的引腳4處，電容C25對MAX1287的供電電源起濾波作用；MAX1287的引腳2和可編程放大電路相連接，MAX1287的引腳7和中央控制電路相連接。

2.如權利要求1所述的一種基于可編程放大電路的寬范圍微水測量系統，其特征在于所述的中央控制電路是LPC1756嵌入式Cortex-M3處理器。

3.如權利要求1所述的一種基于可編程放大電路的寬范圍微水測量系統，其特征在于所述的光電轉換器是PIN光電轉換器。

4.一種利用如權利要求1所述的測量系統進行寬范圍微水測量的方法，步驟如下：

1）中央控制電路發出周期性的調制信號，驅動DFB激光器發出掃描波長隨驅動信號變化的激光，經光纖準直器中氣體中水分子吸收后的光信號通過光電轉換器和處理電路轉變為可測量的電壓信號，中央控制電路控制的模數轉換模塊按照驅動調制信號的周期和時序采集電壓信號，經500次平均處理后將其存儲為橫坐標為數據點位置，縱坐標為電壓值的數組；

2）調節可編程放大電路:取步驟1)中采集的電壓值中的最大值，判斷該電壓值是否在模數轉換模塊的最佳采集范圍以內，如果是則保持可編程放大電路的放大倍數，如果不是則判斷該電壓值是否低于模數轉換模塊的最佳采集電壓值的最小值，若低于該最小值則提高可編程放大電路的放大倍數，如果高于模數轉換模塊的最佳采集電壓值的最大值則減小可編程放大電路的放大倍數；

3）標定峰值與水汽含量：使用高精度微水儀來標定峰值與微水含量的對應關系，控制光纖準直器處與高精度微水儀處的微水含量相同，對測出的峰值與實際測出的微水含量標定計算出對應系數關系，具體的說，使用本系統保持溫度不變，在多次平均后的數組中取出絕對峰值數據，根據氣體中微水含量C與采集到的峰值電壓信號y的關系，確定y對應的氣體中微水含量。