電聲脈衝信號採集和處理裝置的製作方法
2023-07-20 06:06:16 3
專利名稱：電聲脈衝信號採集和處理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電聲脈衝信號採集和處理系統，更確切地說，這種電聲脈衝採集和處理裝置不僅用於掃描電聲顯微鏡，而且可應用於光聲成象、雷射超聲探測以及其他顯微成象設備中。屬於材料評價與表徵新技術領域。
掃描電聲顯微鏡(SEAM)是把現代電子光學技術、電聲技術、壓電傳感技術、弱信號檢測技術、圖像處理技術以及計算機技術融為一體的多功能綜合性儀器，具有微區性能研究、內部缺陷檢測和微結構分析的多種功能。在材料科學和功能器件的研究和製造方面已顯示其獨特的作用。而電聲脈衝信號採集和處理裝置，是提取電聲信號的關鍵裝置，也是整個電聲顯微鏡系統的核心部件之一。
眾所周知，來自電聲信號探測器的原始電聲信號，是在電聲成象過程中把聲能轉變為電能，這種原始的電聲信號包含有試樣微結構、微區性能和缺陷信息，但是它是一種非常微弱的脈衝信號，採集到這種微弱脈衝電聲信號，不但可以研究材料的亞表面結構，還可以研究試樣在溫度場、電場改變時的動態行為，這無論從基礎研究和實用角度都是非常有意義的。
然而，這種微弱的脈衝電聲信號的採集，不僅需要裝置有高靈敏度、低噪聲、高增益、頻率跟蹤性高，而且還要能承受大的信號動態範圍以滿足電聲信號的採集特性。設計和製造達到這些要求的電聲脈衝信號採集裝置，已成為掃描電聲顯微鏡能否達到實際應用的關鍵技術。通過國際聯機檢索，查閱了1981-1999年的有關專利和文獻，未見有關本實用新型提出的電聲脈衝信號採集和處理系統的類似報導。
本實用新型的目的在於提供一種電聲脈衝信號採集和處理裝置，它不僅適用於掃描電聲顯微鏡，成為它的核心部件之一，而且可應用於光聲成像、雷射超聲探測以及其他顯微成象設備中。
本實用新型提供的電聲脈衝信號採集和處理裝置主要是由電子束掃描驅動系統、信號切換系統、脈衝信號提取系統、增益自適應調整系統、計算機數據採集系統以及相應計算機控制軟體構成(如
圖1所示)，其中(1)電子束掃描驅動系統，主要用於控制電子束在試樣上的掃描，它由兩路增益被固定的數／橫轉換電路組成，其原理結構如圖2所示；(2)信息切換系統，用於二次電子信號、電聲信號同相分量、電聲信號正交分量、電聲信號幅度分量和電聲信號的相位分量之間的切換，其原理結構如圖3所示；(3)脈衝電聲信號採集系統，因為脈衝電聲信號是被頻閃頻率所調製的微弱信號，所以必須經過鎖定放大處理，才能獲得真正的電聲信號，本系統完成脈衝信號的前置放大和鎖定放大處理；(4)增益自適應調整系統，這是本實用新型的核心部分，它包含了兩個技術要點1)高解析度的程控放大電路；2)幅度敏感反饋控制計算機軟體，這部分結構既可避免在計算機信號採集時大輸入信號時的溢出，又可將小輸入信號時的量化噪聲降至最小，這在本裝置脈衝信號採集過程是至關重要的，其原理結構如圖4所示；(5)計算機數據採集系統，完成電聲信號的數位化轉換，並由計算機採集做進一步的電聲圖像處理，其原理結構圖如圖5所示。
本實用新型提供的電聲脈衝信號採集和處理裝置，實際使用效果很好，配合可變電場和溫場的多功能電聲信號探測器，已取得許多新穎的試驗結果，受到了國內外的高度評價。
以下結合附圖和實施例對本實用新型的特點和進步作進一步的闡述。
圖1是電聲脈衝信號採集和處理裝置的總結構圖。
圖2是
圖1中的電子束掃描系統11的具體原理結構示意圖。
圖3是
圖1中的信號切換系統5的具體原理結構示意圖。
圖4是
圖1中增益自適應調整系統8的具體原理結構示意圖。
圖5是
圖1中計算機數據採集系統的原理結構示意圖。
圖中1．頻閃系統；2．方波發生器；3．被測試樣；4．脈衝信號提取系統；5．信號切換系統；6．計算機數據採集系統；7．放大率調整器；8．增益自適應調整系統；9．鏡筒；10．雙屏顯示器；11．電子束掃描系統；12．放大器；13．顯示器驅動電路；14．計算機總線。
112．地址；113．輸入數據；114．輸入輸出口地址詳編器；115．數據緩衝器；116．X路鎖存器；117．Y路鎖存器；118．參考電流；119．12位數模轉換電路；1110．X通道；1111．Y通道。
52．接口晶片；53．光電隔離；54．電源；56．繼電器；57．電子束掃描發生器；58．數字掃描發生器；510．行掃描控制電壓；511．幀掃描控制電壓；512．掃描電鏡顯示器；14．計算機顯示系統；61．電聲信號同相分量；62．電聲信號正交分量；63．電聲信號幅度分量；64．電聲信號相位分量；65．二次電子信號；66．模擬開關；67．採樣保持電路；68．數模變換電路；81．輸入電聲信號；82．程控切換電路；83．增益電阻；84．放大器；85．放大電阻；86．輸出電聲信號；87．計算機程控信號。
圖3中，K為繼電器常開觸點，K1～K6驅動電路觸點，其結構與K相同的繼電器常開觸點。
如
圖1所示，方波發生器2提供脈衝信號給脈衝信號提取系統4作為參考信號，同時提供頻閃系統1作為鏡筒9內電子束的偏置激勵信號。試樣3作為被測對象，並配有溫場和電場可變的裝置(該裝置已另案申請，申請號00216648．8)。電子束掃描系統11提供顯示器驅動電路13用作雙屏顯示器10的顯示，電子束掃描系統11產生的兩維信號經放大率調整器7後作為鏡筒9電子束掃描驅動。來自放大器12的各類信號由信號切換系統5在計算機總線14控制下送到增益自適應調整系統8作增益調整後送至計算機數據採集系統的數模轉換電路6，數模轉換後由計算機通過計算機總線14採集。
如圖2所示，電子束掃描系統11是由兩路增益被固定的數／模轉換電路組成，具體地說，它是通過數據緩衝器115，輸入輸出口地址採編器114，將輸入數據和地址，經X、Y兩路鎖存器，分別經12位數模轉換電路118、119，而轉變成X、Y兩通道，一方面提供顯示器驅動電路13作為雙屏顯示器顯示；另一方面經放大率調整器7後作為鏡筒9電子束掃描驅動。
信號切換系統5將來自放大器12的各類信號，經接口晶片52，光電隔離53，通過電子束掃描發生器57，數字掃描發生器58，及行掃描和幀掃描電壓控制，進行切換後而與掃描電鏡顯示器連接而進入計算機顯示系統。
圖4所示的增益自適應調整系統，它是由高解析度的程控放大電路和幅度敏感反饋控制的計算機軟體構成。具體地說它通過程控切換電路82、增益電阻83、放大器84和放大電阻85構成，可將輸入電聲信號81增益為輸出電聲信號86，由計算機總線14採集。
計算機數據採集系統中數模轉換電路是由模擬開關66，採樣保持電路67以及數模變換電路68構成，可將增益後的電聲信號同相分量、正交分量以及幅度分量數模轉換後由計算機總線14採集。
權利要求1．電聲脈衝信號採集和處理裝置，其特徵在於(1)主要由電子束掃描驅動系統(11)、信號切換系統(5)、脈衝信號提取系統(4)、增益自適應調整系統(8)、計算機數據採集系統(6)及相應計算機控制軟體構成；(2)方波發生器(2)提供脈衝信號給脈衝信號提取系統(4)作為參考信號，同時提供頻閃系統(1)作為鏡筒(9)內電子束的偏置激勵信號；電子束掃描系統(11)提供顯示器驅動電路(13)用作雙屏顯示器(10)的顯示；電子束掃描系統(11)產生的兩維信號經放大率調整器(7)後作為鏡筒(9)電子束掃描驅動；來自放大器(12)的各類信號由信號切換系統(5)在計算機總線(14)控制下送到增益自適應調整系統(8)作增益調整後送至計算機數據採集系統的數模轉換電路(6)，數模轉換後由計算機通過計算機總線(14)採集。
2．按權利要求1所述的電聲脈衝信號採集和處理裝置，其特徵在於所述的電子束掃描驅動系統(11)它是由兩路增益被固定的數／模轉換電路組成。
3．按權利要求1所述的電聲脈衝信號採集和處理裝置，其特徵在於所述的信號切換系統(5)經接口晶片(52)、光電隔離(53)，通過電子束掃描發生器(57)、幀掃描發生器(58)，控制行掃描電壓和幀掃描電壓進行切換。
4．按權利要求1所述的電聲脈衝信號採集和處理裝置，其特徵在於所述的增益自適應調整系統(8)由高解析度的程控放大電路和幅度敏感反饋控制計算機軟體構成。
5．按權利要求1所述的電聲脈衝信號採集和處理裝置，其特徵在於所述的增益自適應調整系統由程控切換電路(82)、增益電阻(83)、放大器(84)、放大電阻(85)構成，可將輸入電聲信號(81)增益為輸出電聲信號(86)，由計算機總線(14)採集。
6．按權利要求1所述的電聲脈衝信號採集和處理裝置，其特徵在於所述的計算機數據採集系統中數模轉換電路它由模擬開關(66)採樣保持電路(67)以及數模變換電路(68)構成，可將增益後的電聲信號同相分量、正交分量以及幅度分量數模轉換後由計算機總線(14)採集。
7．按權利要求1所述的電聲脈衝信號採集和處理裝置，其特徵在於不僅用於掃描電聲顯微鏡，而且可應用於光聲成象、雷射超聲探測以及其他顯微成象設備中。
專利摘要電聲脈衝信號採集和處理裝置,屬於材料評價與表徵技術領域。它主要由電子束掃描驅動系統11、信號切換系統5、脈衝信號提取系統4、增益自適應系統8、計算機數據採集系統6以及相應計算機控制軟體構成。本實用新型不僅適用於電聲掃描顯微鏡,成為它的核心部件之一,而且可應用於光聲成象、雷射超聲探測。實際使用效果良好,配合可變電場和溫場的多功能電聲信號探測器,取得了許多新穎試驗結果,對陶瓷材料,金屬和半導體材料的製備和應用提供了非常有價值的信息。
文檔編號H01J37/28GK2426212SQ0021776
公開日2001年4月4日 申請日期2000年5月24日 優先權日2000年5月24日
發明者殷慶端, 楊陽 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所