CN105181139A - 基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，包含CCD采样头、CCD时序电路、光电倍增管、高压调整电路、微控制器模块、多路选择开关、A/D采样电路、存储器、显示模块和电源模块；本发明利用单片机和A/D器件MAX120等构成的光谱信号采集系统,由单片机控制A/D产生不同的采样频率,用于光电倍增管和CCD输出的光谱信号的采集，有效的提升了光谱数据采集的准确性。

Description

基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统

技术领域

本发明涉及一种光谱数据采集系统，尤其涉及基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，属于光谱数据采集控制领域。

背景技术

目前，光谱仪器是光学仪器的重要组成部分。它是应用光学原理,对物质的结构和成分

等进行测量、分析和处理的基本设备,广泛应用于化学分析、农业生产、环境监测、临床检

验、工业检测以及航空航天遥感等领域。微型光谱仪中一般采用光栅分光。光谱仪器的电路部分主要包括线阵CCD(电荷耦合器件)探测器及外围电路，还包括微型光谱仪数据采集模块，例如A/D转换及接口设计等。在工作时，光束由狭缝进入微型光谱仪内部，经凹面光栅分光后汇聚到线阵CCD上，CCD将光信号转换为电信号由数据采集电路获取并传送给上位机。

但是，传统的光谱仪存在着体积大、结构复杂、使用环境受限、价格昂贵等不足，不能满足现场检测、实时监测的要求。对于微型光谱仪来说，CCD器件本身的暗电流噪声、积分期间电荷注入噪声、转移期间电荷损失噪声出放大器噪声、信号数字化过程中可能产生的高频噪声、及信号传输过程中环境因素可能产生的随机噪声，使得在光谱功率比较低时，噪声引起的曲线很粗糙，不光滑。在微型光谱仪测量光源色度的应用中，通过对微型光谱仪输出的原始光谱信息进行处理，得到需要的色度信息，所以为了提高处理结果的准确性，有必要对原始光谱数据进行预处理，使噪声及无用信号的影响降到最小，提高微型光谱仪测量参数的准确性。

例如申请号为“201410648647.5”的一种便携式光谱仪数据采集处理与显示系统。CPLD时序驱动电路产生驱动脉冲信号、时钟脉冲信号及地址信号；CMOS光电探测阵列及读出电路在时钟脉冲信号的控制下检测待测量光束，将检测到的光信号转换成电信号，将电信号输出至前端放大电路；前端放大电路对电信号经过前端处理后将信号传递给AD转换电路；AD转换电路在时钟脉冲信号的控制下将从前端放大电路接收的处理后的电信号模数转换成数字信号，而且将数字信号传递给主控单元；主控单元根据从CPLD时序驱动电路接收的驱动脉冲信号、时钟脉冲信号以及地址信号，向存储器发送存储控制指令；存储器从CPLD时序驱动电路接收地址信号，并在主控单元的存储控制指令的时序控制下对数字信号进行存储。

又如申请号为“201510092639.1”的一种光谱数据的显示方法及系统，该方法包括：采集光谱数据，控制显示光谱曲线及数据列表，数据列表上显示有与光谱曲线所对应的全部光谱数据；在光谱曲线上控制显示一选择框，在选择框内控制显示游标和一对标尺，且在数据列表控制显示和标记选择框、游标和标尺所对应的光谱数据。在显示光谱曲线的同时,可以显示数据列表窗口以便对比使用两种输出结果，同时游标和标尺用于迅速查到相应的光谱数据。同时为了直观起见,在光谱曲线的下面显示相应的广义的光学色谱图。另外，为方便操作者记录测量光谱的有关信息，在光谱曲线的窗口上设置信息记录输入窗口。从而该发明便于显示、查找、对比及测量光谱数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，包含CCD采样头、CCD时序电路、光电倍增管、高压调整电路、微控制器模块、多路选择开关、A/D采样电路、存储器、显示模块和移相全桥开关电源控制器；所述CCD采样头和光电倍增管依次通过A/D采样电路、多路选择开关连接微控制器模块，所述微控制器模块的输出端通过CCD时序电路连接CCD采样头的输入端，所述微控制器模块的输出端通过高压调整电路连接光电倍增管的输入端，所述存储器、显示模块和移相全桥开关电源控制器连接在微控制器模块的相应端口上；

所述移相全桥开关电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路。

作为本发明基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统的进一步优选方案，所述光电倍增管的芯片型号为H10721-210。

作为本发明基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统的进一步优选方案，所述模数转换模块的芯片型号为MAX120。

作为本发明基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

作为本发明基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统的进一步优选方案，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明利用单片机和A/D器件MAX120等构成的光谱信号采集系统,由单片机控制A/D产生不同的采样频率,用于光电倍增管和CCD输出的光谱信号的采集，有效的提升了光谱数据采集的准确性；

2、本发明能耗低，采用光电倍增管以其特有的倍增系统,成为一种理想的低噪声放大器。它可以探测极微弱的光信号,而且响应速度很快,有效面积也大,被广泛应用于光信号测量的领域。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，包含CCD采样头、CCD时序电路、光电倍增管、高压调整电路、微控制器模块、多路选择开关、A/D采样电路、存储器、显示模块和移相全桥开关电源控制器；所述CCD采样头和光电倍增管依次通过A/D采样电路、多路选择开关连接微控制器模块，所述微控制器模块的输出端通过CCD时序电路连接CCD采样头的输入端，所述微控制器模块的输出端通过高压调整电路连接光电倍增管的输入端，所述存储器、显示模块和移相全桥开关电源控制器连接在微控制器模块的相应端口上；

所述移相全桥开关电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路。

其中，所述光电倍增管的芯片型号为H10721-210，所述模数转换模块的芯片型号为MAX120，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明利用单片机和A/D器件MAX120等构成的光谱信号采集系统,由单片机控制A/D产生不同的采样频率,用于光电倍增管和CCD输出的光谱信号的采集，有效的提升了光谱数据采集的准确性；本发明能耗低，采用光电倍增管以其特有的倍增系统,成为一种理想的低噪声放大器。它可以探测极微弱的光信号,而且响应速度很快,有效面积也大,被广泛应用于光信号测量的领域。

在光谱测量中,常用光电倍增管和CCD作为光电转换器。在慢变化、高精度光谱测量中使用PMT；对于闪光灯、荧光和磷光等强度随时间变化时的光谱信号则采用CCD。PMT和CCD输出的信号形式是不同的：光电倍增管输出的是连续的模拟信号；CCD输出的是视频脉冲信号。由于输出信号的不同,相应的信号采集电路也不尽相同。本发明所述的系统通过设定控制开关的不同状态,由单片机检测、判断和执行相应的操作,完成对不同形式输入信号的采集。

由于CCD像元几何尺寸小、精度高,有光积分时间和信号存储功能,因此,可以用来进行光谱测量。被测光源发出的光线经狭缝落在光栅平面上,经光栅色散后在CCD像元上成像,CCD各像元的位置对应于光线色散后不同的波长。CCD输出的是被测对象的视频信号,在视频信号中每一个离散电压信号的大小对应着该光敏元所接收光强的强弱,而信号输出的时序则对应CCD光敏元位置的顺序。由采样电路对CCD输出信号进行逐位采样,根据采样的位数,就可以知道信号所在的波长,而信号的幅度则是该波长的光谱能量。这样,只要对目标进行一次采样,就可以得到在一定波长范围内的光谱分布曲线,因而可以用来测量闪光灯等瞬态发光光谱。

光电倍增管以其特有的倍增系统,成为一种理想的低噪声放大器。它可以探测极微弱的光信号,而且响应速度很快,有效面积也大,被广泛应用于光信号测量的领域。光电倍增管输出的是一个理想的电流源,外接一个负载电阻,通过测量信号电流在负载上的电压降,即可得到光谱信号。

多路选择开关、A/D采样电路、存储器、光电倍增管、高压调整电路组成。我们设计的信号采集电路可以用于两种探测器。针对不同的探测器,单片机工作在不同的状态,利用同一A/D采样电路,完成信号的采集,可以满足光谱测量要求。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，其特征在于：包含CCD采样头、CCD时序电路、光电倍增管、高压调整电路、微控制器模块、多路选择开关、A/D采样电路、存储器、显示模块和移相全桥开关电源控制器；所述CCD采样头和光电倍增管依次通过A/D采样电路、多路选择开关连接微控制器模块，所述微控制器模块的输出端通过CCD时序电路连接CCD采样头的输入端，所述微控制器模块的输出端通过高压调整电路连接光电倍增管的输入端，所述存储器、显示模块和移相全桥开关电源控制器连接在微控制器模块的相应端口上；

所述移相全桥开关电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路。

2.根据权利要求1所述的基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，其特征在于：所述光电倍增管的芯片型号为H10721-210。

3.根据权利要求1所述的基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，其特征在于：所述模数转换模块的芯片型号为MAX120。

4.根据权利要求1所述的基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

5.根据权利要求1所述的基于移相全桥开关电源控制器的光谱数据采集系统，其特征在于：所述显示模块为LCD显示屏。