CN1885007A - 基于频数分布直方图的微粒分布测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于频数分布直方图的微粒分布测量装置，包括传感器、信号处理电路、峰值保持电路、串行模数转换电路和可编程器件，可编程器件连接有存储器和中央处理器，中央处理器上连接有显示装置，特点是可编程器件内设置有地址编码器模块、地址选择模块、模数同步模块、模式控制模块和存储器操作控制模块，串行模数转换电路通过地址编码器模块与地址选择模块连接，串行模数转换电路与模数同步模块连接，模式控制模块接收中央处理器的指令信号并分别向存储器操作控制模块、地址选择模块和模数同步模块输出控制信号，优点是结构简单，体积小且成本低，处理速度快，能适应高速、实时的测量分析场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种微粒分布测量装置，尤其是涉及一种基于频数分布直方图的微粒分布测量装置及测量方法。
背景技术
现有的微粒分布分析(paticle size anlysis)的基本思想方法一筛分法是一种具有很长历史的微粒测定方法，筛分法测量是利用一组筛孔大小不同的标准筛将粉末进行筛分，然后对每个筛上样品分别进行称重，进而得到微粒分布数据，并由分布计算出最大直径，平均直径等其它参数。用于数据的图形方法主要有：累积分布曲线(cumulativecurve)，频数分布直方图(frequency histogrm)。
频数分布直方图是表示某一粒径或某一粒径范围内的颗粒在全部颗粒中占的百分比，而累积分布曲线则表示小于(或大于)某一粒径的颗粒在全部颗粒中所占的比例。
频数分布直方图是表示微粒分布变化情况的主要工具，在微粒分布统计分析中占有重要的地位。首先是将数据分组，根据一组数据的最大值、最小值来确定这组数据的极差，参照极差反映的数据的变化范围，确定组距，进而经数据进行分组，以横坐标为数据值，纵坐标为频数，即该数值的数据个数，即可得到该直方图。该直方图横坐标为体积，纵坐标为微粒相对数量，即频数。通过该图，可以直观地看出微粒体积特性的分布状态，对于体积分布的中心值，均值，等分布状况一目了然，便于判断其总体分布情况。
目前微粒体积分布分析通常做法是先得出微粒累积分布曲线，再通过求导等方式转换成频数分布直方图，一般用专用芯片或DSP芯片实现，电路复杂、体积大，且求导等复杂数学计算使得系统运算时间较，不能满足快速、实时统计的场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，体积小且成本低，处理速度快，能适应高速、实时的测量分析场合的基于频数分布直方图的微粒分布测量装置及测量方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于频数分布直方图的微粒分布测量装置，包括传感器、信号处理电路、峰值保持电路、串行模数转换电路和可编程器件，所述的可编程器件连接有存储器和中央处理器，所述的中央处理器上连接有显示装置，所述的可编程器件内设置有地址编码器模块、地址选择模块、模数同步模块、模式控制模块和存储器操作控制模块，所述的串行模数转换电路通过所述的地址编码器模块与所述的地址选择模块连接，所述的串行模数转换电路与所述的模数同步模块连接，所述的模式控制模块接收所述的中央处理器的指令信号并分别向所述的存储器操作控制模块、所述的地址选择模块和所述的模数同步模块输出控制信号。
所述的可编程器件内还设置有串并转换模块，所述的串行模数转换电路通过所述的串并转换模块与所述的地址编码器模块连接。
使用上述测量装置的微粒分布的测量方法，包括以下步骤：步骤一，对待测样本微粒经过所述的传感器后得到的与体积大小成正比的电压脉冲进行处理，并通过峰值保持电路，得到方波脉冲，脉冲高度正比于微粒体积；步骤二，将步骤一中得到的模拟信号经过所述的串行模数转换电路转换成数字信号，得到微粒的体积特征值；步骤三：对于N位的模数转换器，在所述的存储器开辟2N个存储单元，把微粒体积在取值范围内划分为2N个区间，根据每个微粒的体积特征值大小分配到某个区间内，每个存储单元对应一种体积的微粒，把模数转换后的数据作为地址访问所述的存储器中的数据单元，读出原值，加1后回存，所有微粒均做同样操作至统计完毕，根据所述的存储器中的每个存储单元上存放的数据统计出每个区间上出现的微粒总数，得到微粒按体积分布的数据，并从所述的存储器中的数据得到统计学上的频数分布直方图。
在所述的可编程器件内还可以设置串并转换模块，使所述的串行模数转换电路通过所述的串并转换模块与所述的地址编码器模块连接，此时在步骤二中，将步骤一中得到的模拟信号经过所述的串行模数转换电路转换成数字信号后，再经所述的串并转换模块进行串并转换得到并行数字量，即为微粒的体积特征值。
与现有技术相比，本发明的优点在于解决了以往硬件电路复杂的缺陷，把复杂的硬件数字电路整合到一片集成电路内，大量计算等复杂逻辑功能由一片小体积的可编程器件(CPLD)完成，芯片少，集成度高，多路信号同时统计只需要一片可编程器件(CPLD)和一片存储器(SRAM)，结构简单，而普通方法至少需要4——8片芯片，同时实现了体积小，功耗低，成本低，修改灵活方便等特点，使得硬件电路数字化，软件化，大大节省了成本；而基于可编程器件(CPLD)的技术，可使系统最高时钟达300MHZ，处理速度更快，更能适应高速、实时的测量分析场合，应用广泛，具有极大的现实意义；采用串行的A/D转换器，并在可编程器件(CPLD)内增加串并转换模块，可大大减少端口使用数量，简化外围电路。本发明可广泛应用于溶液，气体颗粒等的微粒分布分析测量领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的可编程器件的内部结构示意图；
图3为本发明方法步骤一的示意图；
图4为本发明方法步骤二和步骤三的流程图；
图5为由模数转换后得到的直方图；
图6为本发明存储器计数操作示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图所示，一种基于频数分布直方图的微粒分布测量装置，包括传感器1、信号处理电路2、峰值保持电路3，通过串行模数转换电路4与型号为MAX II EPM1270的可编程器件5内的串并转换模块51连接，串并转换模块51将串行模数转换电路4输出的串行数据转换成并行数据，可编程器件5外部连接有存储器6和中央处理器7，中央处理器7上连接有液晶屏8，可编程器件5内还设置有地址编码器模块52、地址选择模块53、模数同步模块54、模式控制模块55和存储器操作控制模块56，串并转换模块51通过地址编码器模块52与地址选择模块53连接，串行模数转换电路4与模数同步模块54连接，模数同步模块54使A/D的片选信号与系统CLK同步，根据脉冲信号和AD使能情况，分别启动各路A/D转换功能；地址编码器模块52在A/D转换后的数据高位添加通道标志位；地址选择模块53查询各通道地址编码完成情况，将数据传递至SRAM操作控制单元，若多通道编码同时完成，则按通道编码顺序传递数据，传送完毕后启动AD转换使能；存储器操作控制模块56的功能一是擦除清零，二是把地址选择模块53传送的数据作为地址访问存储器6的存储单元，读出原数据，数据加1后回存，三是利用其余通道进行统计的时间间隙将已统计的数据传输至中央处理器7；模式控制模块55接收中央处理器7的指令信号并分别向存储器操作控制模块56、地址选择模块53和模数同步模块54输出控制信号，对模数同步模块54、地址选择模块53和存储器操作控制模块56进行控制，使它们工作在单通道或多通道的模式下。
使用上述的测量装置进行微粒分布的测量方法包括以下步骤：
步骤一：对待测样本微粒经过传感器后得到的与体积大小成正比的电压脉冲进行处理，并通过峰值保持电路，得到方波脉冲，脉冲高度正比于微粒体积；
步骤二，将步骤一中得到的模拟信号经过串行模数转换电路转换成数字信号，再经串并转换得到的并行数字量即为微粒的体积特征值；
步骤三：对于N位的模数转换器，在存储器开辟2N个存储单元，把微粒体积在取值范围内划分为2N个区间，根据每个微粒的体积特征值大小分配到某个区间内，每个存储单元对应一种体积的微粒，把模数转换后的数据作为地址访问所述的存储器中的数据单元，读出原值，加1后回存，所有微粒均做同样操作至统计完毕，根据存储器中的每个存储单元上存放的数据统计出每个区间上出现的微粒总数，得到微粒按体积分布的数据，并从存储器中的数据得到统计学上的频数分布直方图。
待样本统计完毕后，根据中央处理器7指令，在可编程器件5内部的模式控制模块55作用下，将统计数据送给中央处理器7，经过圆滑等处理后将频数分布直方图显示在液晶屏8上。对数据进行一定的计算，还可以得到平均数、众数、中位数等描述数据集中趋势的特征数。
上述实施例在多通道工作模式下，其基本工作原理与单通道模式相同，但多通道模式存在多个通道同时请求对存储器6进行计数操作，以及在向中央处理器7传递数据的同时出现对存储器7进行计数操作的请求。
上述实施例中，传感器1、信号处理电路2、峰值保持电路3、串行模数转换电路4以及存储器6、中央处理器7和液晶屏8均可以采用现有技术产品，如传感器1可以使用80微米或100微米的库尔特传感器。
Claims (4)
1、一种基于频数分布直方图的微粒分布测量装置，包括传感器、信号处理电路、峰值保持电路、串行模数转换电路和可编程器件，所述的可编程器件连接有存储器和中央处理器，所述的中央处理器上连接有显示装置，其特征在于所述的可编程器件内设置有地址编码器模块、地址选择模块、模数同步模块、模式控制模块和存储器操作控制模块，所述的串行模数转换电路通过所述的地址编码器模块与所述的地址选择模块连接，所述的串行模数转换电路与所述的模数同步模块连接，所述的模式控制模块接收所述的中央处理器的指令信号并分别向所述的存储器操作控制模块、所述的地址选择模块和所述的模数同步模块输出控制信号。
2、如权利要求1所述的基于频数分布直方图的微粒分布测量装置，其特征在于所述的可编程器件内还设置有串并转换模块，所述的串行模数转换电路通过所述的串并转换模块与所述的地址编码器模块连接。
3、使用权利要求1的测量装置的微粒分布的测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，对待测样本微粒经过所述的传感器后得到的与体积大小成正比的电压脉冲进行处理，经过峰值保持电路，得到方波脉冲，脉冲高度正比于微粒体积；步骤二，将步骤一中得到的模拟信号经过所述的串行模数转换电路转换成数字信号，得到微粒的体积特征值；步骤三：对于N位的模数转换器，在所述的存储器开辟2N个存储单元，把微粒体积在取值范围内划分为2N个区间，根据每个微粒的体积特征值大小分配到某个区间内，每个存储单元对应一种体积的微粒，把模数转换后的数据作为地址访问所述的存储器中的数据单元，读出原值，加1后回存，所有微粒均做同样操作至统计完毕，根据所述的存储器中的每个存储单元上存放的数据统计出每个区间上出现的微粒总数，得到微粒按体积分布的数据，并从所述的存储器中的数据得到统计学上的频数分布直方图。
4、如权利要求3所述的一种微粒分布的测量方法，其特征在于在所述的可编程器件内设置串并转换模块，使所述的串行模数转换电路通过所述的串并转换模块与所述的地址编码器模块连接，在步骤二中，将步骤一中得到的模拟信号经过所述的串行模数转换电路转换成数字信号后，再经所述的串并转换模块进行串并转换得到并行数字量，即为微粒的体积特征值。
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Cited By (3)
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| CN104434161A (zh) * | 2013-09-24 | 2015-03-25 | 株式会社东芝 | 信号处理设备与信号处理方法 |
| CN108292464A (zh) * | 2015-11-25 | 2018-07-17 | 鞍点有限责任两合公司 | 用于确定火灾监测和/或灭火控制中心的状态监控单元的阈值的方法以及状态监控单元和具有状态监控单元的系统 |
| CN109597061A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-09 | 北京润科通用技术有限公司 | 一种目标运动状态判别方法及系统 |
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