CN2264934Y

CN2264934Y - 光电转换曝光可控同步采样保持器

Info

Publication number: CN2264934Y
Application number: CN 95200936
Authority: CN
Inventors: 武建文; 王毅; 王季梅
Original assignee: Dalian University of Technology; Xian Jiaotong University
Current assignee: Dalian University of Technology; Xian Jiaotong University
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1997-10-15
Anticipated expiration: 2005-01-13

Abstract

一种光电转换曝光可控同步采样保持器，包括一光电采集单元及与之相配置的信号控制电路和模拟开关选择控制器，利用光电二极管阵列光电转换直接对储能电容进行可控同步充、放电，以实现对图象同步采样保持，有图象同步、速度高、价格便宜的特点。

Description

光电转换曝光可控同步采样保持器

本实用新型涉及一种利用光电二极管阵列对高速变化图象及光强进行同步检测的装置，特别涉及一种光电转换曝光可控同步采样保持器。

利用光电二极管阵列作为高速变化图象传感器是目前新兴发展起来的高速摄象技术，它具有易与计算机接口进行信息及图象再处理的优点。

目前，通常用光电二极管直接与电阻串联(文献1：陈德桂。陈勇低压限流断路器灭弧室区域电弧运动的光电测试低压电器1992.6.3～8)。由电阻取出信号经放大器放大后输出。这在光电二极管数目少的情况下可以用多通道暂态波形记录仪同步采集。而当光电二极管数目较多时，不得不用多路转换开关(文献2：P.M.Weaver J.W.McBride IMAGING OF CONTACT AND ARC MOTION INCURRENT LIMING CIRCUIT BREAKERS Proceedings ofthe second international conference on ECAAA，Shaanxi Scientific Technology Press XI’AN，CHINA1993.)，此电路没采用采样保持器，使得因采样前后次序不同，各点信号不在同一时刻，而导致图象失真。若每路均采用采样保持器不仅价格昂贵，而且因采样保持器捕捉时间长，而降低了采样速度。

本实用新型的目的是为克服目前光电二极管阵列图象采集器中图象不同步、价格贵、速度低的缺点，而提出了多路光电转换曝光可控同步采样保持器，具有图象同步、速度高、价格便宜的特点。

图1是本实用新型的结构原理图。

图2是图1中光电采集单元PS1，PS2，……，PS8n的结构原理图，以PS1为例。

图3是图1中模拟开关选择控制器ASSC的结构原理图

图4是图3中电平转换电路LC1，LC2，……，LC8；UC1，UC2，……，UCn的结构原理图，以LC1为例。

图5是图1中信号控制电路SCC的结构原理图。

图6是本实用新型的时序图。

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作详细的说明。

参照图1，SCC是信号控制电路，由高速数字集成电路构成，PS1，P82，……，PS8n是8n个光电采集单元，分为n组，每组8个。EC是信号控制电路SCC曝光控制电源输出，分别与光电采集单元PS1，PS2，……，PS8n的Ec端相接，VD是信号控制电路SCC放电控制信号输出，分别与光电采集单元PS1，PS2，……，PS8n的VD端相接。t是信号控制电路SCC禁止存储器存储的信号输出线，与A/D转换及存储电路ADRAM相连，A/D转换及存储电路ADRAM不包括在本实用新型之内。Bg是信号控制电路SCC工作起动信号线。ASSC是模拟开关选择控制器，A1是信号控制电路SCC允许模拟开关选择控制器ASSC工作控制线，分别与信号控制电路SCC和模拟开关选择控制器ASSC相接CLKO是A/D转换及存储电路ADRAM时钟输入线与模拟开关选择控制器ASSC及信号控制电路SCC相接。SV1，SV2，……，SV8n是8n个第一级模拟开关，其输入端分别与光电采集单元PS1，PS2，……，PS8n的输出端V1，V2，……，V8n相接。第一级模拟开关SV1，SV2，……，SV8n每8个输出端连在一起，再分别与第二级模拟开关SA1，SA2，……，SAn输入端相连，第二级模拟开关SA1，SA2，……，SAn输出端连在一起接高速跟随器G的输入端。该电路有两个优点，一是模拟开关控制线少，如用16根便可控制64个模拟开关，再者采用两级模拟开关比仅用一级模拟开关即所有模拟开关输出端连在一起减少了分布电容，以此大大提高了运行速度。高速跟随器G由高速运算放大器LM318构成，其输出端接A/D转换及存储电路ADRAM，m1，m2，……，m8，及u1，u2，……，un是模拟开关选择控制器ASSC模拟开关选择控制线，分别与模拟开关SV1，SV2，……，SV8n及SA1，SA2，……，SAn控制线相接。Of是模拟开关选择控制器ASSC溢出信号，它和信号控制电路SCC相接，RET是模拟开关选择控制器ASSC每幅图象的启动信号，它和信号控制电路SCC相接。

参照图2，光电采集单元P81，PS2，……，P88n的结构相同，以PS1为例。

二极管Da1阳极与曝光控制电源Ec相接，其阴极与光电二极管P1阴极及三极管T1集电极相接；光电二极管P1的阳极与三极管T1基极及二极管Db1阴极相接；二极管Db1阳极、三极管T1发射极、电容C1的V1端和放电模拟开关K1的V1端相接后并由V1端输出。电容C1另一端和放电模拟开关K1的另一端接地，放电模拟开关K1控制端接放电控制信号VD。PS2，……，PS8n的结构以此类推。

光电采集单元是本实用新型的基本单元，根据需要可制作多路，作为象素从图象清晰角度，越多越好，但要受价格、存储器存储量的制约。

参照图3，模拟开关选择控制器ASSC的结构原理如下：8位计数器低四位IC3，高四位IC4由计数器74LS163构成，IC5，IC6组成地址译码器由7LS138构成，其输出端分别接电平转换电路LC1，LC2，……，LC8的I1，I2，……，I8端和电平转换电路UC1，UC2，……，UCn的IU1，IU2..IUn端；LC1，LC2，……，LC8的m1，m2，……，m8端作为第一级模拟开关信号控制线，UC1，UC2，……，UC8的u1，u2，……，un端作为第二级模拟开关信号控制线。信号控制电路SCC允许模拟开关选择控制器ASSC工作控制线A1接计数器IC3允许端CET、CEP和与门IC2：B的5端，时钟输入线CLKO分别接计数器时钟输入端CLK，起动信号Bg接与门IC2：B的输入端。RET是模拟开关选择控制器ASSC每幅图象的启动信号，由计数器IC3的Q0端输出。计数器IC4的输出端Q2和RET分别接与非门IC2：A的输入端，其输出of是模拟开关选择控制器ASSC溢出信号。

参照图4，电平转换电路LC1，LC2，……，LC8；UC1，UC2，……，UCn的结构原理相同，以LC1为例。输入信号I1接OC门输出的反相器IC1，7406输入端，其输出端接三极管N1基极，其发射极接输出m1。二极管D1阴极和阳极分别接反相器输出端和m1，电阻R1分别接三极管N1基极和三极管N1集电极，三极管N1集电极接+15V电源。

参照图5，信号控制电路SCC的结构原理如下：

IC7：A，74LS123构成由起动信号Bg上升沿触发的负脉冲输出的单稳电路，其输出接由IC8：C，74LS00和IC8：D，74LS00构成的负逻辑或门电路的输入端13，模拟开关选择控制器ASSC溢出信号of接由IC8：C，74LS00和IC8：D，74LS00构成的负逻辑或门电路的另一输入端12，负逻辑或门电路的输出接放电信号控制锁存器IC17：A，74LS74的清零端CD及放电时间控制锁存器IC9：A，74LS74的清零端CD。放电时间控制锁存器IC9：A，74LS74的输出端-Q接放电时间定时器IC10，74LS163的允许工作端CET，CEP。定时器IC10，74LS163和定时器IC11，74LS163构成放电时间和曝光时间定时器，S1，S2，S3，S4是放电时间TD的设置开关，S1，S2，S3，S4一端分别接定时器IC10，74LS163的输出端，另一端接在一起后接与非门IC12：A，74LS00的输入端。每次只能有一只开关闭合。S5，S6，S7，S8是曝光时间Ts的设置开关，S5，S6，S7，S8一端分别接定时器IC10，74LS163的输出端，另一端接在一起后接与非门IC13：B，74LS00的输入端。每次也只能有一只开关闭合。曝光控制电源锁存器IC9：B，74LS74的输出端Q接由反相器IC15：B，7406；IC16，NE555和三极管BG1构成的曝光控制电源输出，完成电压放大和电流放大的功能。三极管BG1的发射极输出EC。放电信号控制锁存器IC17：A，74LS74的输出接OC门输出的反相器IC15：A，7406的输入端，完成电平转换，由反相器IC15：A，7406的输出端输出放电控制信号VD。模拟开关选择控制器ASSC每幅图象的启动信号RET接锁存器IC18：B，74LS74的时钟输入端CLK，与门IC14：D，74LS08的输出接锁存器IC18：B，74LS74清零端CD，其输出t是信号控制电路8CC禁止存储器存储的信号输出线。

参照图1和图6，在t1时刻以前，本实用新型处于待命状态，起动信号Bg为低电平，信号控制电路SCC的放电信号输出VD为低电平，信号控制电路SCC的曝光控制电源输出Ec为0V，信号控制电路SCC允许模拟开关选择控制器ASSC工作的控制线Al为低电平，禁止模拟开关选择控制器ASSC工作，信号控制电路SCC的禁止存储器存储的信号输出线t有效，为低电平，禁止存储器工作。在t1时刻，Bg变为高电平，本实用新型开始工作，经单稳电路延时后，在t2时刻，信号控制电路SCC将VD变为高电平，各光电采集单元中放电模拟开关K1，K2，……，K8n，闭合，储能电容C1，C2，……，C8n放电，以消除上次信号的影响，VD保持时间为TD，其由放电时间TD的设置开关S1，S2，83，S4设置，于t3放电完毕，曝光控制电源Ec由0V上升15V，光电二极管P1，P2，……，P8n开始进行光电转换，即曝光开始，光电流正比于光强，并经三极管T1，T2，……，T8n放大后，对储能电容C1，C2，……，C8n充电，充电时间即曝光时间TS由开关S5，86，……，S8设置。在t4时刻Ec变为0V，曝光停止。二极管Db1，Db2，……，Db8n的作用是保护三极管T1，T2，……，T8n的be结不受反偏电压而损坏，二极管Da1，Da2，……，Da8n防止储能电容C1，C2，………，C8n向曝光控制电源Ec放电，导致信号失真。储能电容C1，C2..C8n开始信号保持，充电电压由V1，V2……V8n输出。A1变为高电平允许模拟开关选择控制器ASSC工作。同时信号控制电路SCC禁止存储器存储的信号输出线t变为高电平，允许存储器工作，采样开始此过程如下，第一级模拟开关控制线m1，m2，……，m8相继为高电平，使得第一级模拟开关SV1，SV2，……，SV8相继导通。第二级模拟开关控制线仅u1为高电平，即第二级模拟开关仅SA1导通，光电采集单元PS1，PS2，……，PS8相继与高速跟随器G输入端相接；然后第二组模拟开关相继与高速跟随器G输入端相接，此过程如下，第一级模拟开关控制线m1，m2，……，m8相继为高电平，使得第一级模拟开关SV9，SV10..SV16相继导通，第二级模拟开关控制线仅u2为高电平，即第二级模拟开关仅SA2导通，光电采集单元PS9，PS10，……，PS16相继与高速跟随器G输入端相接，以此类推，直到n组模拟开关相继与高速跟随器G输入端相接，高速跟随器G输出out给A/D转换及存储电路ADRAM，进行A/D转换，储能电容C1，C2，……，C8n容量有偏差，其误差由计算机进行软件修正。在t5时刻，也即8n个信号A/D转换及存储器存储完毕之后。模拟开关选择控制器A88C经of输出一个时钟宽度的低电平给信号控制电路SCC，在一个时钟之后即t6时刻of恢复为高电平，相当于上述的t2时刻，开始下一幅图象的采集，时序与上述相同，直至存储器存储完毕为止。

在自行研制的TCX1高速图象微机采集系统中，共有128个采集单元，采用两组本实用新型构成，参照图1，其中第一级模拟开关为n组，曝光时间1.6μS，拍摄速度每秒七万幅。经对标准光源进行测试，线性度误差在1.5％以内。在电动机轴上安装四个叶片，利用本采集系统对叶片转速进行测试，误差在1.0％以内。对真空电弧进行实际检测其性能好于其他测试手段。由此可见本实用新型性能优良。

Claims

1.光电转换曝光可控同步采样保持器，包括一光电采集单元(PS1，PS2，……，PS8n)及与之相配置的信号控制电路(SCC)和模拟开关选择控制器(ASSC)，本实用新型的特征是：信号控制电路(SCC)的曝光控制电源输出(EC)，分别与光电采集单元(PS1，PS2，……，PS8n)的(Ec)端相接，信号控制电路(SCC)的放电控制信号输出(VD)，分别与光电采集单元(PS1，PS2，……，PS8n)的(VD)端相接。信号控制电路(SCC)的禁止存储器存储的信号输出线(t)，与A/D转换及存储电路(ADRAM)相连，信号控制电路(SCC)允许模拟开关选择控制器(ASSC)工作控制线(Al)分别与信号控制电路(SCC)和模拟开关选择控制器(ASSC)相接。A/D转换及存储电路(ADRAM)时钟输入线(CLKO)分别与模拟开关选择控制器(ASSC)及信号控制电路(SCC)相接。8n个第一级模拟开关(SV1，SV2，……，SV8n)的输入端分别与光电采集单元(PS1，PS2，……，PS8n)的输出端(V1，V2，……，V8n)相接。第一级模拟开关(SV1，SV2，……，SV8n)每8个输出端连在一起作为一组，再分别与第二级模拟开关(SA1，SA2，……，SAn)输入端相连，第二级模拟开关(SA1，SA2，……，SAn)输出端连在一起接高速跟随器(G)的输入端。高速跟随器(G)的输出端接A/D转换及存储电路(ADRAM)，模拟开关选择控制器(ASSC)模拟开关选择控制线(m1，m2，……m8，u1，u2，……un)分别与模拟开关(SV1，SV2，……，SV8n)及(SA1，SA2，……，SAn)控制线相接。模拟开关选择控制器(ASSC)溢出信号(of)和信号控制电路(SCC)相接，模拟开关选择控制器(A8SC)每幅图象的启动信号(RET)和信号控制电路(SCC)相接。

2.根据权利要求1所述的光电转换曝光可控同步采样保持器，其特征在于，所说的光电采集单元(PS1)包括一二极管(Da1)阳极与曝光控制电源(Ec)相接，其阴极与光电二极管(P1)阴极及三极管(T1)集电极相接，光电二极管(P1)的阳极与三极管(T1)基极及二极管(Db1)阴极相接，二极管(Db1)阳极，三极管(T1)发射极，电容(C1)的一端(V1)和放电模拟开关(K1)的一端(V1)相接后并由(V1)端输出，电容(C1)另一端和放电模拟开关(K1)的另一端接地，放电模拟开关(K1)控制端接放电控制信号(VD)。