CN102313574A

CN102313574A - 基于延迟线的信号测量通道合并方法及系统

Info

Publication number: CN102313574A
Application number: CN201110186098A
Authority: CN
Inventors: 刘继国
Original assignee: Individual
Current assignee: Shandong Madic Technology Co Ltd
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102313574B

Abstract

本发明提供了一种基于延迟线的信号测量通道合并方法，包括：通过不同延迟时间的延迟线将在时间上并行的不同通道上的信号在时间上分布开；叠加所述在时间上分开的不同通道上的信号；将所述叠加的信号传输到数据采集单元；数据采集单元对所述叠加信号进行数字化处理；对所述数字化处理的叠加信号进行修正。利用本发明，可以有效提供信号通道和数据处理设备的利用率，减少大规模信号采集和处理系统中数据通道的闲置率，从而降低大规模数据采集处理设备的价格以及安装维护难度。

Description

基于延迟线的信号测量通道合并方法及系统

技术领域

本发明涉及大规模信号采集和处理技术领域，更为具体地，涉及一种基于延迟线的信号测量通道合并方法及系统。

背景技术

大规模信号采集和处理系统广泛出现于高能物理、医学、军事等领域中。对多通道数据的采集和处理，传统的做法都是每一个通道对应一个数据采集和处理单元，例如公开号为CN1614443A的中国专利申请所披露的检测器模块所采用的多通道数据采集和处理技术就是传统的每一个通道对应一个数据采集和处理单元，每个测量通道均包括直接转换器、脉冲发生器、计数装置，只不过在计数装置和脉冲发生器之间又设置了一个切换单元以在计数装置和一个事件采集装置之间进行切换，以使得检测器模块能够应用于不同的运行模式(如CT和PET)。

但是，这种传统的大规模数据采集处理技术的实现系统庞大，并且价格昂贵，安装和维护都非常困难。例如在诸如正电子发射断层扫描仪(PET)和单光子发射断层扫描仪(SPECT)中，一般会有数百路光电倍增管(PMT)的输出信号。如果采用传统的设计方法，则需要数百数据采集和处理单元。

并且，由于信息采集系统前端(PET或者SPECT等系统)输出信号的特点，待测信号本身具有并发性的特点。以PET和SPECT为例，每一个伽马光子击中探测器之后，会在相邻的多个PMT上同时产生输出信号，并且信号的脉冲很窄(约为100纳秒)，每个通道的计数率也很低(约为几十kcps)，因此虽然在系统中为每一个通道都对应设置一个数据采集和处理单元，但是在实际应用过程中，99％以上的时间数据采集和处理单元都是空闲的状态，而得不到有效的应用，从而造成资源的浪费。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于延迟线的信号测量通道合并方法及系统，以减少大规模信号采集和处理系统中数据通道的闲置率，提供信号通道和数据处理设备的利用率。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于延迟线的信号测量通道合并方法，包括：

通过不同延迟时间的延迟线将在时间上并行的不同通道上的信号在时间上分布开；

叠加所述在时间上分开的不同通道上的信号；

将所述叠加的信号传输到数据采集单元；

数据采集单元对所述叠加信号进行数字化处理；

对所述数字化处理的叠加信号进行修正。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于延迟线的信号测量通道合并系统，包括：

信号延迟单元，用于通过不同延迟时间的延迟线将在时间上并行的不同通道上的信号在时间上分布开；

延迟信号叠加单元，用于叠加所述在时间上分开的不同通道上的信号；

数据传输单元，用于将所述叠加的信号传输到数据采集单元；

数据采集单元，用于对所述叠加信号进行数字化处理；

修正单元，用于对所述数字化处理的叠加信号进行修正。

利用上述根据本发明的基于延迟线的信号测量通道合并方法及系统，可以有效提供信号通道和数据处理设备的利用率，减少大规模信号采集和处理系统中数据通道的闲置率，从而降低大规模数据采集处理设备的价格以及安装维护难度。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的基于延迟线的信号测量通道合并方法的流程图；以及

图2示出了根据本发明实施例的基于延迟线的信号测量通道合并系统的方框示意图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的基于延迟线的信号测量通道合并方法的流程图。

如图1所示，本发明提供的基于延迟线的信号测量通道合并流程，包括如下步骤：

S110：通过不同延迟时间的延迟线将在时间上并行的不同通道上的信号在时间上分布开；

S120：叠加上述在时间上分开的不同通道上的信号；

S130：将上述叠加的信号传输到数据采集单元；

S140：数据采集单元对所叠加信号进行数字化处理；

S150：对上述数字化处理的叠加信号进行修正。

其中，所合并的信号通道数量可以根据系统的数据传输线路量、数据处理能力或者实际的数据处理要求灵活设定，如将三路、四路或者更多路信号合并至一个数据传输通道中。

本发明对多路数据通道的并发信号进行合并的目的是为了提高相应数据传输、采集以及处理单元的利用率，需要说明的是，本发明的适用场合是，一方面，各个通道的待测信号在时间上具有重叠性，这样才需要使用延迟线等手段将时间上重叠的多路信号变换成时间上不重叠的信号，另外，需要测量的脉冲波形必须具有已知或者易于测量的衰减特性(或者波形描述函数)，这样才能根据这些特性在后续处理中分离出原始的各路波形数据。

由于在合并并发信号的同时也必须要保证各通道的信号的准确性，因此硬件合并的前提是信号的合并不能影响到各个信号本身的独立性，也就是要保证原本数据不同通道的并发信号在合并后，各信号相互之间不会产生影响，故需要对待合并的并发信号进行延迟，如果需要合并的信号为N个通道的信号，那么需要对N-1个通道的信号进行不同时间的延迟，以使得这N个通道的信号在合并到一个通道之后会按照时间顺序排列，从而不会出现混淆或者相互影响的情形。另外，这种延迟时间上的设置也使得叠加信号不会产生由于幅度的叠加而超过后期数据处理系统的数据处理范围。

在叠加多路信号的过程中，可以采用多种方式将多路信号叠加至一个数据传输通道，只要在叠加后能够区分每一路的信号来源以便进行后期的数据分离、计算等处理即可。

在本发明的一个具体实施方式中，采用加法电路对多路信号进行相加的方式来实现多路信号的叠加，由于不同延时时间的延迟线的作用，需要叠加的多路信号已经在时间上错开，因此在叠加至一个通道后不会改变单个信号本身的幅度，从而叠加后信号的整体幅度不会发生太大变化，叠加信号的频谱不会发生明显变化，从而使得信号的叠加以及叠加的通道数量对于整体的数据传输和处理不会产生太大影响。

另外，在有些情况下，如果最终数据处理系统所处理的数据有明确的异于原始采集到的数据区间，也可以在原始数据采集后、叠加前对每一路数据进行衰减，以保证复合后的叠加信号满足最终数据处理区间的要求。在本发明的一个优选实施方式中，采用电阻分压衰减的方式对叠加前的各通道信号进行衰减。也可以采用压控增益放大器对叠加前的各通道信号进行衰减。

由于最终需要对各通道的信号进行计算处理，因此数据采集单元在获取叠加信号后需要利用模数转换器件对叠加信号进行模数转换。同样，由于信号复合相加本身并不会改变信号本身的上升沿和下降沿，所以叠加复合后信号的频谱不会明显变化，也就是说对ADC的要求没有增加。叠加后的新信号被数字化以后存储起来等待进一步的处理和修正。

由于信号的合并以及传输都会不可避免地带来信号幅度的误差，所以需要根据信号的形状对结果进行修正。减小系统设计的复杂性不能以损失系统的测量精度为代价，所以必须在数字域对采样产生的数据进行修正。由于各路信号的延迟时间是已知的，而且各信号的脉冲幅度也是已知的，所以在对所述数字化处理的叠加信号进行修正时可以从得到的数字信号中剔除由于各个信号长尾叠加而产生的误差。同时，由于信号的叠加，使得系统对信号响应的周期变长，不可避免会丢失信号。对于能量测量之类的应用，还必须记录信号的丢失率，并在数字域中做相应的补偿。

具体地，下面以叠加四路通道的信号为示例对本发明的基于延迟线的信号测量通道合并流程进行说明。

首先将四路不同通道的信号中的三路通过不同延迟时间的延迟线，将时间上并行的四路信号在时间上分布开。假设在t0时刻，四路脉冲信号到达复合电路，并且每个脉冲信号的全高宽分别为T0、T1、T2、T3，那么需要3条延迟线，分别的延迟时间为T0、T0+T1、T0+T1+T2。四路信号中一路不延迟，其余三路分别经过对应的延迟线。

在时间上将四路信号错开后，将四路信号进行叠加并传输到数据采集系统。用加法电路对四路信号进行相加，由于时间上四路信号已经错开，所以理论上不会出现由于幅度的叠加而使得复合后的信号的幅度超过测量上限的情况。如果在特殊情况中有需要，可以将叠加前的信号通过衰减网络(比如电阻分压衰减)进行衰减，以保证复合的结果信号满足测量范围。

数据采集采集系统在获取合并的四路信号后对合并后的信号进行数字化。四路信号经过复合相加后传输到模数转换器件，由于信号复合相加本身并不会改变信号本身的上升沿和下降沿，所以复合后信号的频谱不会明显变化，也就是说对ADC的要求没有增加。复合后的新信号被数字化以后存储起来等待进一步的处理和修正。

在数字域对从得到的数字信号中剔除由于各个信号长尾叠加而产生的误差、记录信号的丢失率，并在数字域中做相应的补偿，以修正信号在叠加以及传输过程中产生的误差。

最后，对所修正后的叠加信号进行分离，以根据叠加信号中的每路信号原始信号来源还原叠加前的各路信号，从而对数据进行进一步的处理。

为了减轻在信号模拟域的数据处理负载，尽可能简化需要处理的数据内容，在本发明的一个优选实施方式中，在信号叠加的时候，不需要附带与通道号相对应的通道信息，只要在通道合并的时候按照固定的顺序合并，然后在分离端按相反的顺序分离出来即可。

如上参照图1描述了根据本发明的基于延迟线的信号测量通道合并方法。本发明的上述基于延迟线的信号测量通道合并方法，可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，或采用软件和硬件组合的方式实现。

图2示出了根据本发明实施例的基于延迟线的信号测量通道合并系统200的方框示意图。如图2所示，基于延迟线的信号测量通道合并系统200包括信号延迟单元210、延迟信号叠加单元220、数据传输单元230、数据采集单元240以及修正单元250，另外，还可以包括信号衰减单元和信号分离单元(图中未示出)。

其中，信号延迟单元210用于通过不同延迟时间的延迟线将在时间上并行的不同通道上的信号在时间上分布开；延迟信号叠加单元220，用于叠加经由信号延迟单元210在时间上分开的不同通道上的信号，在本发明的一个具体实施方式中，延迟信号叠加单元220利用加法电路对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行叠加；数据传输单元230用于将延迟信号叠加单元220所叠加的信号传输到数据采集单元240；数据采集单元240用于对从数据传输单元230所获取的叠加信号进行数字化处理；修正单元250用于对数据采集单元240所数字化处理的叠加信号进行修正。

信号衰减单元用于在延迟信号叠加单元220叠加在时间上分开的不同通道上的信号之前，对在时间上分开的不同通道上的信号进行衰减，以保证叠加复合后信号的频谱不会明显变化、叠加的结果信号满足最终的系统测量范围，不会由于信号的叠加以及叠加通道的数量而对系统的数据处理要求产生影响。具体地，可以利用电阻分压衰减的方法对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行衰减。

信号分离单元用于对所述修正单元修正后的叠加信号进行分离，以还原叠加前的各路信号。

如上参照图1和图2以示例的方式描述根据本发明的基于延迟线的信号测量通道合并方法及系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于延迟线的信号测量通道合并方法及系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

1.一种基于延迟线的信号测量通道合并方法，包括：

叠加所述在时间上分开的不同通道上的信号；

将所述叠加的信号传输到数据采集单元；

数据采集单元对所述叠加信号进行数字化处理；

对所述数字化处理的叠加信号进行修正。

2.如权利要求1所述的基于延迟线的信号测量通道合并方法，其中，在叠加所述在时间上分开的不同通道上的信号的步骤中，

利用加法电路对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行叠加。

3.如权利要求1或2所述的基于延迟线的信号测量通道合并方法，其中，在叠加所述在时间上分开的不同通道上的信号之前，

对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行衰减。

4.如权利要求3所述的基于延迟线的信号测量通道合并方法，其中，

利用电阻分压衰减的方法对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行衰减。

5.如权利要求1所述的基于延迟线的信号测量通道合并方法，其中，在对所述数字化处理的叠加信号进行修正之后，还包括：

对所述修正后的叠加信号进行分离的步骤。

6.一种基于延迟线的信号测量通道合并系统，包括：

数据采集单元，用于对所述叠加信号进行数字化处理；

修正单元，用于对所述数字化处理的叠加信号进行修正。

7.如权利要求6所述的基于延迟线的信号测量通道合并系统，其中，所述延迟信号叠加单元利用加法电路对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行叠加。

8.如权利要求6所述的基于延迟线的信号测量通道合并系统，还包括：

信号衰减单元，用于在所述延迟信号叠加单元叠加所述在时间上分开的不同通道上的信号之前，对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行衰减。

9.如权利要求8所述的基于延迟线的信号测量通道合并系统，其中，所述信号衰减单元利用电阻分压衰减的方法对所述在时间上分开的不同通道上的信号进行衰减。

10.如权利要求6所述的基于延迟线的信号测量通道合并系统，还包括：

信号分离单元，用于对所述修正单元修正后的叠加信号进行分离。