CN103532530A - 脉冲峰值检测装置 - Google Patents

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黄民双
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一种脉冲峰值检测装置，包括相互连接的脉冲峰值保持器和信号处理器，其中脉冲峰值保持器由依次连接的脉冲放大器、衰减振荡器、包络检波器和积分器组成；信号处理器由相互连接的A/D转换器和单片机组成，这里的单片机也可以采用微机系统。脉冲信号经脉冲放大器放大后，其脉冲电流激励振荡器产生衰减振荡，经过检波器后得到衰减振荡幅值包络，根据积分器对该幅值包络的积分值求出激光脉冲峰值。本发明结构简单，成本低廉，使用方便可靠，可用于核物理和高精度激光脉冲测距等测量仪器中的纳秒级窄脉冲峰值检测。

Description

脉冲峰值检测装置
技术领域
本发明涉及一种脉冲峰值检测电路，尤指对纳秒级窄脉冲进行精确测量的脉冲峰值检测电路。
背景技术
现有的脉冲峰值检测电路主要有电压型和跨导型两种检测电路。电压型的脉冲峰值检测电路原理简单，但存在积分非线性大，动态范围小(一般幅度响应大于200mv)，难以处理窄脉冲信号等问题；跨导型峰值检测电路虽然在性能上优于电压型的，但存在电路结构复杂、设计困难等问题。
而且，无论是电压型脉冲峰值检测电路还是跨导型脉冲峰值检测电路，保持电容的充电时间常数完全依赖于脉冲的宽度，特别是在脉冲宽度较窄时，在设计上需要采用很小的电容和快速响应的电路元件，这样不仅会带来电路的可靠性和一致性较差等问题，而且对于脉冲宽度小于10ns的窄脉冲，在电路设计上会非常困难，甚至无法实现。
为此，设计出原理结构简单、脉冲宽度小于10ns的高精度脉冲峰值检测电路乃当务之急，也是当前创新设计的难点。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种对纳秒级窄脉冲进行精确测量的脉冲峰值检测电路，其脉冲经放大、振荡、包络检波和积分后获得脉冲峰值，电路结构简单、可靠。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种脉冲峰值检测电路，包括相互连接的脉冲峰值保持器和信号处理器，其中脉冲峰值保持器由依次连接的脉冲放大器、衰减振荡器、包络检波器和积分器组成；信号处理器由相互连接的A/D转换器和单片机组成，这里的单片机也可以采用微机系统。脉冲信号经脉冲放大器放大后，其脉冲电流激励振荡器产生衰减振荡，经过检波器后得到衰减振荡幅值包络，根据积分器对该幅值包络的积分值求出激光脉冲峰值。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明通过测量脉冲电流激励的衰减振荡包络积分值来获得脉冲峰值。本发明脉冲电流激励的衰减振荡包络积分值与脉冲峰值成线性关系，使得后续处理软硬件非常简单，而且能达到很好的测量精度；
2、本发明原理结构简单，成本低，使用维护修理简易，尤其适合作为核物理仪器和高精度激光脉冲测距系统中的脉冲峰值检测。
附图说明
图1为本发明结构总体示意图；
图2为本发明脉冲峰值保持器基本电路结构示意图；
图3为本发明脉冲峰值保持器脉冲响应电流电压波形示意图。
具体实施方式
由图1示出，一种脉冲峰值检测装置，包括相互连接的脉冲峰值保持器和信号处理器，其中脉冲峰值保持器由依次连接的脉冲放大器、衰减振荡器、包络检波器和积分器组成；信号处理器由相互连接的A/D转换器和单片机组成，这里的单片机也可以采用微机系统。脉冲信号经脉冲放大器放大后，其脉冲电流激励振荡器产生衰减振荡，经过检波器后得到衰减振荡幅值包络，根据积分器对该幅值包络的积分值求出激光脉冲峰值。
由图2示出了本发明脉冲峰值保持器基本电路结构的一个实施例：脉冲峰值保持器由以RLC并联谐振器构成的振荡器、由二极管构成的包络检波器和由电容C构成的积分器组成。
由图3示出了本发明脉冲峰值保持器脉冲响应电流电压波形，在欠阻尼条件下脉冲响应形成的衰减振荡电压为：
Figure 232573DEST_PATH_IMAGE001
                                   
式中
Figure 269930DEST_PATH_IMAGE002
为与电路参数和脉冲参数有关的常数，
Figure 862585DEST_PATH_IMAGE003
为振荡的阻尼系数，
Figure 458521DEST_PATH_IMAGE004
为阻尼振荡角频率。通过二极管的电流为：
                                                
Figure 492522DEST_PATH_IMAGE006
为常数。电路的输出电压就是电容C上的电压，即：
     
Figure 207985DEST_PATH_IMAGE008
                                   
输出电压
Figure 638966DEST_PATH_IMAGE007
与脉冲幅值
Figure 516661DEST_PATH_IMAGE009
成正比，因此脉冲峰值可以用电压
Figure 349488DEST_PATH_IMAGE007
来表征，并且对电容C的充电时间不受激励脉冲宽度的限制，理论上可以达到
Figure 523111DEST_PATH_IMAGE010
。也就是说，对于窄脉冲信号，在保持电容上的充电时间不再是脉冲的达峰时间，它比达峰时间大大延长，且由电路的振荡阻尼系数决定。

Claims (5)

1.一种脉冲峰值检测装置，其特征在于：包括相互连接的脉冲峰值保持器和信号处理器，其中，所述脉冲峰值保持器由依次连接的脉冲放大器、衰减振荡器、包络检波器和积分器组成，脉冲信号经所述脉冲放大器放大后，其脉冲电流激励所述衰减振荡器产生衰减振荡，经过所述包络检波器后得到衰减振荡幅值包络，根据积分器对该幅值包络的积分值得到激光脉冲峰值；所述的信号处理器由相互连接的A/D转换器和单片机组成。
2.根据权利要求1所述的脉冲峰值检测装置，其特征在于：所述振荡器由RLC并联谐振器构成。
3.根据权利要求1所述的脉冲峰值检测装置，其特征在于：所述包络检波器由二极管构成。
4.根据权利要求1所述的脉冲峰值检测装置，其特征在于：所述积分器由电容C构成。
5.根据权利要求1所述的脉冲峰值检测装置，其特征在于：所述单片机也可以采用微机系统。
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