一種基於低速ADC的脈衝信號採集裝置及方法與流程

2023-12-05 05:17:16 1

本發明涉及閃爍氙燈的信號採集裝置，尤其涉及一種基於低速adc的脈衝信號採集裝置。

背景技術：

閃爍氙燈為脈衝型光源，其瞬時光功率要遠遠高於普通連續發光氙燈，採用此類光源可以在保證信噪比的情況下大大降低對光源功率的要求，並且可以將光源照明時間與信號採集時間進行同步，減弱了漂白效應對測量結果的影響。在實際應用中，閃爍氙燈的放電時間可為ns級，放電頻率為1khz，通常採用高速adc或採集卡進行連續採集，這種採集裝置不僅會導致設備研發成本上升，而且由於氙燈信號的稀疏窄脈衝特性，所採集的數據中會包含大量無用數據，對後續的數據處理過程帶來較大的難度。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足，提供一種用於實現脈衝信號的低速adc採樣，進而節省電路成本、減少無用信號、便於數據後期處理的信號採集裝置。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案。

一種基於低速adc的脈衝信號採集裝置，其包括有：一脈衝拓寬電路，其輸入端用於接入脈衝信號，所述脈衝拓寬電路用於將脈衝信號中的脈衝電平拓寬；一adc單元，用於對拓寬後的脈衝信號進行模數轉換；一信號處理單元，連接於adc單元的輸出端，所述信號處理單元用於接收adc單元輸出的數位訊號。

優選地，所述脈衝拓寬電路包括有第一電阻、第二電阻、二極體和電容，所述第一電阻的前端和第二電阻的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路的輸入端，所述第一電阻的後端連接於二極體的陽極，所述二極體的陰極、第二電阻的後端和電容的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路的輸出端，所述電容的後端接地，所述第一電阻的阻值小於第二電阻的阻值。

優選地，還包括有串接於脈衝拓寬電路和adc單元之間的採樣保持電路，所述採樣保持電路用於將脈衝拓寬電路輸出的脈衝信號在脈寬範圍內保持於電平值，之後傳輸至adc單元。

優選地，所述採樣保持電路包括有型號為ad684的採樣保持器。

優選地，所述adc單元是採樣頻率為1khz的模數轉換器。

優選地，所述信號處理單元包括有單片機及其外圍電路。

一種基於低速adc的脈衝信號採集方法，該方法基於一裝置實現，所述裝置包括有一脈衝拓寬電路、一adc單元及一信號處理單元，所述方法包括：步驟s1，為脈衝拓寬電路的輸入端接入脈衝信號；

步驟s2，所述脈衝拓寬電路將脈衝信號中的脈衝電平拓寬；

步驟s3，所述adc單元對拓寬後的脈衝信號進行模數轉換；

步驟s4，所述adc單元將模數轉換後的數位訊號傳輸至信號處理單元。

優選地，所述脈衝拓寬電路包括有第一電阻、第二電阻、二極體和電容，所述第一電阻的前端和第二電阻的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路的輸入端，所述第一電阻的後端連接於二極體的陽極，所述二極體的陰極、第二電阻的後端和電容的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路的輸出端，所述電容的後端接地，所述第一電阻的阻值小於第二電阻的阻值；所述步驟s2中，當所述脈衝拓寬電路的輸入端接入脈衝電平時，所述二極體導通以令電容充電，同時脈衝拓寬電路的輸出端產生脈衝電平，當所述脈衝拓寬電路輸入端的脈衝電平消失時，所述二極體截止，所述電容通過第二電阻放電，所述脈衝拓寬電路輸出端的脈衝電平持續時間隨電容的放電過程而延長。

優選地，所述脈衝拓寬電路和adc單元之間串接有採樣保持電路，執行所述步驟s3之前，利用所述採樣保持電路先將脈衝拓寬電路輸出的脈衝信號在脈寬範圍內保持於電平值，之後傳輸至adc單元。

優選地，所述採樣保持電路包括有型號為ad684的採樣保持器，所述adc單元是採樣頻率為1khz的模數轉換器，所述信號處理單元包括有單片機及其外圍電路。

本發明公開的基於低速adc的脈衝信號採集裝置，其工作過程中，當脈衝拓寬電路的輸入端接入脈衝信號時，藉由該脈衝拓寬電路將脈衝信號中的脈衝電平拓寬，再利用adc單元對拓寬後的脈衝信號進行模數轉換，之後將數位訊號傳輸至信號處理單元，本發明利用脈衝拓寬電路對窄脈衝信號進行拓寬之後，延長了脈衝電平的持續時間，基於該特性，僅利用低速adc即可實現對脈衝信號的採集和轉換，使得adc單元可以選用低速adc轉換器，無需價格較高的高速adc，同時，拓寬後的脈衝電平將會覆蓋一些無用的尖峰信號，相比現有技術中採用高速adc的電路而言，本發明大大減少了無用信號，提高了後期信號處理過程中的準確性和可靠性。

附圖說明

圖1為本發明脈衝信號採集裝置的電路圖。

圖2為脈衝拓寬電路輸入側和輸出側的信號波形圖。

圖3為採樣保持電路輸入側和輸出側的信號波形圖。

圖4為本發明脈衝信號採集裝置中各結點處的信號時序圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作更加詳細的描述。

本發明公開了一種基於低速adc的脈衝信號採集裝置，如圖1所示，其包括有一脈衝拓寬電路1、一adc單元2及一信號處理單元3，其中：

所述脈衝拓寬電路1的輸入端用於接入脈衝信號，所述脈衝拓寬電路1用於將脈衝信號中的脈衝電平拓寬；

所述adc單元2用於對拓寬後的脈衝信號進行模數轉換；

所述信號處理單元3連接於adc單元2的輸出端，所述信號處理單元3用於接收adc單元2輸出的數位訊號。

上述裝置在工作過程中，當脈衝拓寬電路1的輸入端接入脈衝信號時，藉由該脈衝拓寬電路1將脈衝信號中的脈衝電平拓寬，再利用adc單元2對拓寬後的脈衝信號進行模數轉換，之後將數位訊號傳輸至信號處理單元3，本發明利用脈衝拓寬電路1對窄脈衝信號進行拓寬之後，延長了脈衝電平的持續時間，基於該特性，僅利用低速adc即可實現對脈衝信號的採集和轉換，使得adc單元2可以選用低速adc轉換器，無需價格較高的高速adc，同時，拓寬後的脈衝電平將會覆蓋一些無用的尖峰信號，相比現有技術中採用高速adc的電路而言，本發明大大減少了無用信號，提高了後期信號處理過程中的準確性和可靠性。

本發明脈衝信號採集裝置可以用於採集閃爍氙燈或其他短脈衝光源發出的ns級脈衝信號，具有較大的動態範圍和較高的採集精度，該脈衝信號採集裝置與閃爍氙燈高度協調，採集過程中，閃爍氙燈曝光與信號採集同步進行。基於低速adc的採集電路，通過將氙燈窄脈衝信號進行拓寬之後，對峰值信號進行採集，大大簡化了採集電路，有效降低了研發成本，降低信號處理的複雜性，在針對閃爍氙燈或同類光源窄脈衝信號採集上具有更大的優越性。

本實施例中，所述脈衝拓寬電路1包括有第一電阻r1、第二電阻r2、二極體d和電容c，所述第一電阻r1的前端和第二電阻r2的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路1的輸入端，所述第一電阻r1的後端連接於二極體d的陽極，所述二極體d的陰極、第二電阻r2的後端和電容c的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路1的輸出端，所述電容c的後端接地，所述第一電阻r1的阻值小於第二電阻r2的阻值。

上述脈衝拓寬電路1的工作原理為：第二電阻r2和電容c構成rc電路，當所述脈衝拓寬電路1的輸入端接入脈衝電平時，所述二極體d導通使得電容c充電，同時所述脈衝拓寬電路1的輸出端隨之產生脈衝電平，當所述脈衝拓寬電路1輸入端的脈衝電平消失時，所述二極體d截止，所述電容c通過第二電阻r2放電，所述脈衝拓寬電路1輸出端的脈衝電平持續時間隨電容c的放電過程而延長，直至脈衝拓寬電路1輸入端的脈衝電平再次到來。

請參照圖2，實線為脈衝電平拓寬前的波形，虛線為脈衝電平拓寬後的波形，實際應用中，所述第一電阻r1的阻值遠小於第二電阻r2的阻值，用以延長電容c的放電時長，此外，通過設置第一電阻r1和第二電阻r2的阻值，可以適當調節電容c的放電時長。

作為一種優選方式，本實施例還包括有串接於脈衝拓寬電路1和adc單元2之間的採樣保持電路4，所述採樣保持電路4用於將脈衝拓寬電路1輸出的脈衝信號在脈寬範圍內保持於電平值，之後傳輸至adc單元2。進一步地，所述採樣保持電路4包括有型號為ad684的採樣保持器。本實施例中的採樣保持電路4是基於sha晶片ad684搭建的電路，請參照圖3，虛線為脈衝電平拓寬後的波形，實線為經過採樣保持電路4穩定、保持後的波形，根據前後波形可以看出，採樣保持電路4能夠將拓寬後的脈衝信號在其脈寬範圍內保持在峰值附近，從而降低adc採集難度。

本實施例中，所述adc單元2是採樣頻率為1khz的模數轉換器。其中，adc單元2的採樣頻率為1khz，屬於低速adc，其與閃爍氙燈1khz的曝光頻率相近，能夠穩定、高效地對採樣保持電路4輸出的信號進行模數轉換。

關於信號處理部分，所述信號處理單元3包括有單片機及其外圍電路。該信號處理單元3是以單片機為核心的控制、處理單元，實際應用中，該信號處理單元3可以用於調控閃爍氙燈激發信號、採樣保持電路採集信號和補償adc採集的結果。

為了更好地描述本發明的技術方案，本發明還公開一種基於低速adc的脈衝信號採集方法，該方法基於一裝置實現，所述裝置包括有一脈衝拓寬電路1、一adc單元2及一信號處理單元3，所述方法包括：

步驟s1，為脈衝拓寬電路1的輸入端接入脈衝信號；

步驟s2，所述脈衝拓寬電路1將脈衝信號中的脈衝電平拓寬；

步驟s3，所述adc單元2對拓寬後的脈衝信號進行模數轉換；

步驟s4，所述adc單元2將模數轉換後的數位訊號傳輸至信號處理單元3。

關於脈衝電平拓寬過程，所述脈衝拓寬電路1包括有第一電阻r1、第二電阻r2、二極體d和電容c，所述第一電阻r1的前端和第二電阻r2的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路1的輸入端，所述第一電阻r1的後端連接於二極體d的陽極，所述二極體d的陰極、第二電阻r2的後端和電容c的前端相互連接後作為脈衝拓寬電路1的輸出端，所述電容c的後端接地，所述第一電阻r1的阻值小於第二電阻r2的阻值；

所述步驟s2中，當所述脈衝拓寬電路1的輸入端接入脈衝電平時，所述二極體d導通以令電容c充電，同時脈衝拓寬電路1的輸出端產生脈衝電平，當所述脈衝拓寬電路1輸入端的脈衝電平消失時，所述二極體d截止，所述電容c通過第二電阻r2放電，所述脈衝拓寬電路1輸出端的脈衝電平持續時間隨電容c的放電過程而延長。

本實施例中，所述脈衝拓寬電路1和adc單元2之間串接有採樣保持電路4，執行所述步驟s3之前，利用所述採樣保持電路4先將脈衝拓寬電路1輸出的脈衝信號在脈寬範圍內保持於電平值，之後傳輸至adc單元2。

利用上述方法進行閃爍氙燈信號採集時，請參照圖4，由信號處理單元向閃爍氙燈輸出氙燈激發信號，閃爍氙燈接收到氙燈激發信號後，氙燈曝光，之後利用預設的探測器採集氙燈脈衝信號，將信號輸入至脈衝拓寬電路將脈衝信號拓寬，拓寬後的脈衝信號輸入至採樣保持電路，利用採樣保持電路將脈衝信號維持在峰值，以供低速adc採集，當adc單元採集完成後，將結果存儲至信號處理單元，信號處理單元對該結果進行補償後，得到閃爍氙燈曝光光強值，達到運用低速adc採集閃爍氙燈窄脈衝的目的。測試過程為：採集脈寬為1us的閃爍氙燈激發螢光樣品的螢光信號，改變螢光樣品濃度，測試不同螢光強度下採集結果，驗證本裝置採集的線性度大於0.9998。

本發明公開的基於低速adc的脈衝信號採集裝置和採集方法，可實現對閃爍氙燈脈衝信號的採集，具有較高的精度，不僅能降低採集電路對adc的要求，還能夠精簡採集系統和減少設計成本。

以上所述只是本發明較佳的實施例，並不用於限制本發明，凡在本發明的技術範圍內所做的修改、等同替換或者改進等，均應包含在本發明所保護的範圍內。