CN109900970A - 一种多通道探测器电容自动测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道探测器电容自动测量系统，自动测量系统包括：电容测量电路和微控制器；微控制器控制将Micromegas探测器的多个读出通道依次接入电容测量电路，控制电容测量电路依次对多个读出通道与Micromegas探测器的微网之间的电容进行测量，对电容测量电路的输出信号进行模数转换后与电容测量电路的校准结果进行比较计算，得到多个读出通道的电容值。本发明所提供的自动测量系统，可方便快捷地自动测量Micromegas探测器各通道与微网之间的电容，克服了手动依次测量费时费力的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及电容自动测量技术领域，具体涉及一种多通道探测器电容自动测量系统。
背景技术
Micromegas探测器的微网、间隙和读出电极构成电容器，其容值为10pF或100pF量级。正常情况下，各读出条与微网之间的电容值分布比较一致，若某个通道的电容值过小或过大，则该通道可能损坏或存在断路短路等连接性问题。因此，在探测器通气上电测试之前，测量各个通道与微网的电容值可以对该探测器进行初步的检测。
目前有多种电容测量方法可对该电容值进行测量，如充放电法、电桥法等等，并有商业仪表如电容表和RCL电桥测试仪等。但并无上百通道的多通道电容测量仪表，手动单通道测量费时费力。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种多通道探测器电容自动测量系统，可方便快捷地自动测量Micromegas探测器各通道与微网之间的电容，克服了手动依次测量费时费力的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多通道探测器电容自动测量系统，所述自动测量系统包括：电容测量电路和微控制器；
所述微控制器控制将Micromegas探测器的多个读出通道依次接入所述电容测量电路，控制所述电容测量电路依次对所述多个读出通道与所述Micromegas探测器的微网之间的电容进行测量，对所述电容测量电路的输出信号进行模数转换后与所述电容测量电路的校准结果进行比较计算，得到所述多个读出通道的电容值。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述多个读出通道均通过探测器接口与所述电容测量电路连接，所述微网与所述电容测量电路连接。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述自动测量系统还包括：多个第一光耦继电器，每个读出通道通过一个第一光耦继电器与所述电容测量电路连接，所述第一光耦继电器用于控制对应的读出通道与所述电容测量电路的连接和断开。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述自动测量系统还包括：译码电路，所述译码电路与所述微控制器和所述多个第一光耦继电器连接，所述译码电路用于在所述微控制器的控制下控制所述多个第一光耦继电器的通断。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述自动测量系统还包括：多个校准电容和多个第二光耦继电器，每个校准电容的一端通过一个第二光耦继电器与所述电容测量电路连接，每个校准电容的另一端与所述电容测量电路连接，所述多个第二光耦继电器与所述微控制器连接，所述第二光耦继电器用于在所述微控制器的控制下控制对应的校准电容与所述电容测量电路的连接和断开。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述微控制器具体用于：通过自身的模数转换模块将所述电容测量电路输出的电压信号转换为数字信号后与所述电容测量电路的校准结果进行比较计算，得到所述多个读出通道的电容值。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述微控制器还用于：选择是否对所述电容测量电路进行校准，若选择校准，则通过最小二乘法拟合得到所述模数转换模块的输出值与待测电容值之间的关系，作为所述电容测量电路的校准结果，若选择不校准，则将预设的校准结果作为所述电容测量电路的校准结果。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述自动测量系统还包括：与所述微控制器连接的按键、蜂鸣器、LCD显示器和蓝牙串口模块；
所述按键用于对所述微控制器的测量过程进行设置和控制；
所述蜂鸣器用于在所述微控制器的控制下指示测量结束；
所述LCD显示器用于在所述微控制器的控制下显示所述微控制器的测量结果；
所述蓝牙串口模块用于在所述微控制器的控制下将所述微控制器的测量结果无线传输至计算机。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述电容测量电路由CAV444集成电路构成，所述微控制器为MC9S12XS128型号的微控制器。
进一步，如上所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，所述探测器接口包括FX10B-140S型号的连接器和ERNI 154744型号的连接器，所述第一光耦继电器为AQY221N2S型号的光耦继电器，所述译码电路由SN74LV138A型号的芯片构成。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的自动测量系统，可方便快捷地自动测量Micromegas探测器各通道与微网之间的电容，克服了手动依次测量费时费力的缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种多通道探测器电容自动测量系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的微控制器的控制程序的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种多通道探测器电容自动测量系统，自动测量系统包括：电容测量电路和微控制器；
微控制器控制将Micromegas探测器的多个读出通道依次接入电容测量电路，控制电容测量电路依次对多个读出通道与Micromegas探测器的微网之间的电容进行测量，对电容测量电路的输出信号进行模数转换后与电容测量电路的校准结果进行比较计算，得到多个读出通道的电容值。
多个读出通道均通过探测器接口与电容测量电路连接，微网与电容测量电路连接。
自动测量系统还包括：多个第一光耦继电器，每个读出通道通过一个第一光耦继电器与电容测量电路连接，第一光耦继电器用于控制对应的读出通道与电容测量电路的连接和断开。
自动测量系统还包括：译码电路，译码电路与微控制器和多个第一光耦继电器连接，译码电路用于在微控制器的控制下控制多个第一光耦继电器的通断。
自动测量系统还包括：多个校准电容和多个第二光耦继电器，每个校准电容的一端通过一个第二光耦继电器与电容测量电路连接，每个校准电容的另一端与电容测量电路连接，多个第二光耦继电器与微控制器连接，第二光耦继电器用于在微控制器的控制下控制对应的校准电容与电容测量电路的连接和断开。
微控制器具体用于：通过自身的模数转换模块将电容测量电路输出的电压信号转换为数字信号后与电容测量电路的校准结果进行比较计算，得到多个读出通道的电容值。
微控制器还用于：选择是否对电容测量电路进行校准，若选择校准，则通过最小二乘法拟合得到模数转换模块的输出值与待测电容值之间的关系，作为电容测量电路的校准结果，若选择不校准，则将预设的校准结果作为电容测量电路的校准结果。
自动测量系统还包括：与微控制器连接的按键、蜂鸣器、LCD显示器和蓝牙串口模块；
按键用于对微控制器的测量过程进行设置和控制；
蜂鸣器用于在微控制器的控制下指示测量结束；
LCD显示器用于在微控制器的控制下显示微控制器的测量结果；
蓝牙串口模块用于在微控制器的控制下将微控制器的测量结果无线传输至计算机。
电容测量电路由CAV444集成电路构成，微控制器为MC9S12XS128型号的微控制器。
探测器接口包括FX10B-140S型号的连接器和ERNI 154744型号的连接器，第一光耦继电器为AQY221N2S型号的光耦继电器，译码电路由SN74LV138A型号的芯片构成。
工作原理：微控制器的控制信号经译码电路后控制第一光耦继电器的关断和接通，依次将探测器各通道或校准电容接入电容测量电路，测量结果显示在LCD显示器上并经蓝牙串口模块传输至计算机。
实施例一
下面以128个读出通道为例进行详细说明。
如图1所示，待测Micromegas探测器，其128个通道与微网之间的电容是该自动测量系统的测量对象。探测器接口用于连接探测器和该自动测量电路，共设计了两种连接器，可选择140脚的FX10B-140S连接器或两个80脚的ERNI 154744连接器。
128个第一光耦继电器用于控制各通道与电容测量芯片CAV444的连接和断开。校准过程中全部断开，测量过程中依次连接各通道并测量，每次仅连接并测量一个通道。为尽可能降低寄生电容对测量结果的影响，这里选用了松下的低输出端子间容量型光耦继电器AQY221N2S。
译码电路采用16片SN74LV138A，接收微控制器的控制信号，控制128个光耦继电器的通断。
电容测量电路以CAV444芯片为核心搭建，该芯片的电容测量范围可通过外接不同的电阻电容灵活调节，实际电路测量范围设计为0-800pF。
4个第二光耦继电器控制校准电容与电容测量芯片CAV444的连接和断开。4个1％精度的校准电容用于电容测量电路的校准。其容值依次为100pF，200pF，300pF，510pF，与4个光耦继电器联用，可组合得到校准用的0pF，100pF，200pF，300pF，400pF，510pF，610pF，710pF，810pF等容值。
微控制器采用MC9S12XS128型号的微控制器，其12位模数转换模块将电容测量电路输出的电压信号转换为数字信号，与校准结果比较计算后得到待测通道的电容值。模数转换时采用了8次测量取平均值的方法提高测量精度，一次校准和测量可在1分钟内完成。LCD屏幕用于显示测量结果。6个测量按键用于对测量过程进行设置和控制。蜂鸣器用于指示测量过程的结束。蓝牙串口模块用于无线传输测量结果至计算机。
如图2所示，在微控制器程序中，首先可选择是否对电容测量电路进行校准，若校准，则使用最小二乘法拟合得到ADC值(自身的模数转换模块的输出值)与待测电容值(当前接通的读出通道与微网之间的电容值)的关系，若选择不校准，则采用预设的校准结果。然后依次控制各通道与测量电路的连接和断开，并转换记录测得的各通道电容值。测量结束后打开蜂鸣器，并控制LCD显示测量结果，同时将测量结果经串口通信发送至计算机。
本发明实现了128通道电容自动测量系统，可连接探测器对其各通道与微网间的电容值进行测量，测量耗时1分钟以内，较手动依次测量的方式方便快捷。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述自动测量系统包括：电容测量电路和微控制器；
所述微控制器控制将Micromegas探测器的多个读出通道依次接入所述电容测量电路，控制所述电容测量电路依次对所述多个读出通道与所述Micromegas探测器的微网之间的电容进行测量，对所述电容测量电路的输出信号进行模数转换后与所述电容测量电路的校准结果进行比较计算，得到所述多个读出通道的电容值。
2.根据权利要求1所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述多个读出通道均通过探测器接口与所述电容测量电路连接，所述微网与所述电容测量电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述自动测量系统还包括：多个第一光耦继电器，每个读出通道通过一个第一光耦继电器与所述电容测量电路连接，所述第一光耦继电器用于控制对应的读出通道与所述电容测量电路的连接和断开。
4.根据权利要求3所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述自动测量系统还包括：译码电路，所述译码电路与所述微控制器和所述多个第一光耦继电器连接，所述译码电路用于在所述微控制器的控制下控制所述多个第一光耦继电器的通断。
5.根据权利要求4所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述自动测量系统还包括：多个校准电容和多个第二光耦继电器，每个校准电容的一端通过一个第二光耦继电器与所述电容测量电路连接，每个校准电容的另一端与所述电容测量电路连接，所述多个第二光耦继电器与所述微控制器连接，所述第二光耦继电器用于在所述微控制器的控制下控制对应的校准电容与所述电容测量电路的连接和断开。
6.根据权利要求1所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述微控制器通过自身的模数转换模块将所述电容测量电路输出的电压信号转换为数字信号后与所述电容测量电路的校准结果进行比较计算，得到所述多个读出通道的电容值。
7.根据权利要求6所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述微控制器选择是否对所述电容测量电路进行校准，若选择校准，则通过最小二乘法拟合得到所述模数转换模块的输出值与待测电容值之间的关系，作为所述电容测量电路的校准结果，若选择不校准，则将预设的校准结果作为所述电容测量电路的校准结果。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述自动测量系统还包括：与所述微控制器连接的按键、蜂鸣器、LCD显示器和蓝牙串口模块；
所述按键用于对所述微控制器的测量过程进行设置和控制；
所述蜂鸣器用于在所述微控制器的控制下指示测量结束；
所述LCD显示器用于在所述微控制器的控制下显示所述微控制器的测量结果；
所述蓝牙串口模块用于在所述微控制器的控制下将所述微控制器的测量结果无线传输至计算机。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述电容测量电路由CAV444集成电路构成，所述微控制器为MC9S12XS128型号的微控制器。
10.根据权利要求4所述的一种多通道探测器电容自动测量系统，其特征在于，所述探测器接口包括FX10B-140S型号的连接器和ERNI 154744型号的连接器，所述第一光耦继电器为AQY221N2S型号的光耦继电器，所述译码电路由SN74LV138A型号的芯片构成。
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