[實用新型]低噪聲MEMS光干涉信號高速采集裝置

有效

• 申請號: 201720740473.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN207396340U
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 陳夕松;馮攀峰;王杰;張良朝
• 申請（專利權）人: 南京富島信息工程有限公司
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/01;G05B19/042
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 劉暢;夏平

本實用新型公開了一種低噪聲MEMS光干涉信號高速采集裝置，該裝置由模擬電路和數字電路組成；所述模擬電路對來自光學系統的樣品光和參考光干涉信號，以及四象限光電探測器輸出的微反射鏡運動位置信號進行調理和采集；所述數字電路將干涉信號和微反射鏡運動位置信號轉為數字信號，并發送至后端光譜分析處理器。本實用新型采用包括帶通濾波、差分共模抑制、磁耦光耦隔離、放大器線性區檢測等手段，提高光干涉信號采集的信噪比，對提升基于MEMS的便攜式近紅外光譜分析儀的分辨率、重復性等諸多性能具有重要參考價值。

技術領域

本實用新型涉及光電信號采集技術領域，具體為一種面向近紅外光譜分析儀的低噪聲微機電系統(MEMS)光干涉信號高速采集裝置。

背景技術

近紅外分析儀是一種通過光譜信息分析物質組成和成分含量的儀器，廣泛應用于石油化工、農業和醫藥等領域。近年來，隨著MEMS技術的不斷發展，便攜式近紅外分析儀已成為研究開發的熱點。

基于MEMS的微反射鏡鏡面小，導致反射的光信號較弱；此外，光電探測器感光面積小，使得光通量降低；加之外界光源和環境因素等的干擾，導致光學模塊輸出的光信號微弱，噪聲較大，給信號準確采集帶來困難，從而影響近紅外光譜分析儀的分辨率、吸光度重復性等性能。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有技術的不足，設計高信噪比的電路，提供一種低噪聲 MEMS光干涉信號高速采集裝置。

本實用新型通過以下技術方案實現：

一種低噪聲MEMS光干涉信號高速采集裝置，該裝置包括低噪聲模擬電路和高速數字電路：微機電系統MEMS發出樣品光和參考光，并分別通過光電探測器后接入模擬電路，模擬電路的輸出端連接數字電路，數字電路處理后將數據發送給光譜分析處理器；所述模擬電路對來自MEMS的樣品光和參考光干涉信號，以及對四象限光電探測器輸出的微反射鏡運動位置信號進行調理和采集；所述數字電路將干涉信號和微反射鏡運動位置信號轉為數字信號，并發送至后端光譜分析處理器。

優選的，所述模擬電路中，樣品光通過I-V轉換模塊后分別輸出至第一信號調理和采集模塊、下信號過壓檢測模塊；參考光通過I-V轉換模塊后分別輸出至第一信號調理和采集模塊、下信號過壓檢測模塊；四象限光電探測器輸出信號至第二信號調理和采集模塊；第一和第二信號調理和采集模塊通過磁耦隔離模塊連接數字電路，信號過壓檢測模塊通過光耦隔離模塊連接數字電路。

信號過壓檢測模塊以防止放大器工作于非線性區。

優選的，所述數字電路中，現場可編程門陣列FPGA接收模擬電路發送的信號，包括干涉信號和微反射鏡運動位置信號；靜態隨機存取存儲器SRAM連接FPGA，FPGA同處理器ARM連接，ARM通過USB模塊連接光譜分析處理器。

優選的，I-V轉換模塊采用低噪聲、低溫漂和寬頻帶的運算放大器。

優選的，第一信號調理和采集模塊采用差分放大電路以抑制共模噪聲。

優選的，第一信號調理和采集模塊采用帶通濾波器電路以減小高頻和工頻噪聲干擾。

本實用新型的有益效果：

本實用新型針對基于MEMS的光干涉信號采集中存在的噪聲問題，采用包括帶通濾波、差分共模抑制、磁耦光耦隔離、放大器線性區檢測等手段，提高光干涉信號采集的信噪比，對提升基于MEMS的便攜式近紅外光譜分析儀的分辨率、重復性等諸多性能具有重要參考價值。

附圖說明

圖1為本實用新型的裝置架構圖

圖2為裝置I-V轉換模塊電路圖

圖3為裝置過壓檢測模塊電路圖

圖4為裝置第一信號調理和采集模塊的差分放大電路圖