CN104615111B - 具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置和系统。该装置包括粗调放大器，其输入端与外部的探测器连接；细调放大器，其输入端与粗调放大器的输出端连接；整形器，其输入端与细调放大器的输出端连接，用于将细调放大器输出的信号整形成正梯形波信号；模数转换器，其输入端与整形器的输出端连接；控制器，与第一放大倍数控制单元和第一放大倍数控制单元的控制端连接，控制器将模数转换器采集到的传递给外部的电脑，并根据电脑发出的信号强度变化指令调节第一放大倍数控制单元和第二放大倍数控制单元的放大倍数，以使标准校准样品对应的实际道峰位置与标准参考位置重合。本发明可大范围内校准谱峰位置，保证样品测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及信号采集领域，特别涉及一种具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置和系统。
背景技术
现有技术中，信号放大倍数调整依赖模拟电位器调整,这样随着环境温度变化,元器件的老化导致的大规模的谱峰漂移不方便再次调整,尤其仪器已经组装出货后。另外，对小幅度的谱峰漂移的校准依赖纯软件的方式对整个谱形进行左右平移,无法真实的反应信号强度的变化,影响样品测试精度。最后，工作电压过高,导致元器件发热过大,无法大规模集成,提升板级的零件密度,减小板级尺寸。
发明内容
本发明提供了一种可大范围内校准谱峰位置，保证样品测试精度的具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置和系统。
为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置，包括：粗调放大器，其输入端与外部的探测器连接；细调放大器，其输入端与粗调放大器的输出端连接；整形器，其输入端与细调放大器的输出端连接，用于将细调放大器输出的信号整形成正梯形波信号；模数转换器，其输入端与整形器的输出端连接；第一放大倍数控制单元，与粗调放大器连接，用于控制粗调放大器的放大倍数；第二放大倍数控制单元，与细调放大器的连接，用于控制细调放大器的放大倍数；控制器，与第一放大倍数控制单元和第一放大倍数控制单元的控制端连接，控制器将模数转换器采集到的传递给外部的电脑，并根据电脑发出的信号强度变化指令调节第一放大倍数控制单元和第二放大倍数控制单元的放大倍数，以使标准校准样品对应的实际道峰位置与标准参考位置重合。
优选地，模拟多道采集放大装置还包括：跟随放大器，探测器通过跟随放大器与粗调放大器连接。
优选地，模拟多道采集放大装置还包括：高通滤波器，粗调放大器通过高通滤波器与细调放大器连接，高通滤波器将经粗调放大器的尖脉冲信号滤波成左右对成的正态信号。
优选地，模拟多道采集放大装置还包括：可编辑逻辑器件，模数转换器通过可编辑逻辑器件与控制器连接，可编辑逻辑器件用于控制模数转换器的采样，并将模数转换器采集到的数据传递给控制器。
优选地，模拟多道采集放大装置还包括用于与电脑连接的网口和USB接口。
本发明还提供了一种模拟多道采集放大系统，包括：上述的模拟多道采集放大装置；探测器，与模拟多道采集放大装置的粗调放大器连接，用于将光子能量转化为电信号；电脑，与模拟多道采集放大装置的控制器连接，电脑将控制器传递出的数据处理成谱形数据后，寻找标准校准样品对应的实际道峰位置，然后根据实际道峰位置与标准参考位置的偏差，计算出使标准样品的实际道峰位置跟标准参考位置重合或匹配的信号强度的变化量，从而生成信号强度变化指令。
由于采用了上述技术方案，本发明在保证真实反映信号的物理特性的基础上，通过软件控制硬件的方式调整信号的放大倍数，直接调整信号强度，可大范围内校准谱峰位置，保证样品测试精度。同时选用主流的低功耗高精度电子元器件，极大地提高了板级的集成度，更利于产品的小型化。
附图说明
图1示意性地示出了本发明的结构示意图。
图中附图标记：1、粗调放大器；2、探测器；3、细调放大器；4、整形器；5、模数转换器；6、第一放大倍数控制单元；7、第二放大倍数控制单元；8、控制器；9、跟随放大器；10、高通滤波器；11、可编辑逻辑器件；12、电脑；13、网口；14、USB接口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参考图1，本发明提供了一种具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置，特别适用EXF领域硅-PIN,SDD,硅锂等高分辨率探测器的信号放大与采集，包括：粗调放大器1，其输入端与外部的探测器2连接；细调放大器3，其输入端与所述粗调放大器1的输出端连接；整形器4，其输入端与所述细调放大器3的输出端连接，用于将所述细调放大器3输出的信号整形成正梯形波信号；模数转换器5，其输入端与所述整形器4的输出端连接；第一放大倍数控制单元6，与所述粗调放大器1连接，用于控制所述粗调放大器1的放大倍数；第二放大倍数控制单元7，与所述细调放大器3的连接，用于控制所述细调放大器3的放大倍数；控制器8，与所述第一放大倍数控制单元6和所述第一放大倍数控制单元6的控制端连接，所述控制器8将所述模数转换器5采集到的传递给外部的电脑12，并根据所述电脑12发出的信号强度变化指令调节所述第一放大倍数控制单元6和所述第二放大倍数控制单元7的放大倍数，以使标准校准样品对应的实际道峰位置与标准参考位置重合。
其中，控制器8负责控制第一放大倍数控制单元6与第二放大倍数控制单元7调整信号的放大与缩小倍数，进而调整信号的强弱。
由于采用了上述技术方案，本发明在保证真实反映信号的物理特性的基础上，通过软件控制硬件的方式调整信号的放大倍数，直接调整信号强度，可大范围内校准谱峰位置，保证样品测试精度。同时选用主流的低功耗高精度电子元器件，极大地提高了板级的集成度，更利于产品的小型化。本发明的测量精度与国外同类型的数字化多道误差在5％以内；板级面积是以前同类产品的1/3；可靠性与稳定性比同类型以前产品大幅度提高。
优选地，第一放大倍数控制单元6为数字可控模拟开关,可以通过控制内部开关开启与截止，跟外部的电阻矩阵排列组合，从而控制放大器的放大倍数，达到信号大幅度放大的目的，每增加1或减少1，会将对应的信号放大或缩小整个幅度的10％。
优选地，第二放大倍数控制单元7为数字电位器，用来对放大器的放大倍数进行微调，从而对信号幅度进行小幅度的调整，每增1或减少1，对信号幅度放大或缩小0.5％。
优选地，控制器8具有8位控制信号,通过这8位控制线控制第一放大倍数控制单元6，来调整放大器粗调倍数。
优选地，控制器8与第二放大倍数控制单元7通过I2C总线连接，向第二放大倍数控制单元7内部发送放大器微调倍数指令。
优选地，所述模拟多道采集放大装置还包括：跟随放大器9，所述探测器2通过所述跟随放大器9与所述粗调放大器1连接。
优选地，所述模拟多道采集放大装置还包括：高通滤波器10，所述粗调放大器1通过所述高通滤波器10与所述细调放大器3连接，所述高通滤波器10将经所述粗调放大器1的尖脉冲信号滤波成左右对成的正态信号。
优选地，所述模拟多道采集放大装置还包括：可编辑逻辑器件11，所述模数转换器5通过所述可编辑逻辑器件11与所述控制器8连接，所述可编辑逻辑器件11用于控制所述模数转换器5的采样，并将所述模数转换器5采集到的数据传递给所述控制器8。
优选地，所述模拟多道采集放大装置还包括用于与所述电脑12连接的网口13和USB接口14。
本发明还提供了一种模拟多道采集放大系统，包括：上述的模拟多道采集放大装置；探测器2，与所述模拟多道采集放大装置的粗调放大器1连接，用于将光子能量转化为电信号；电脑12，与所述模拟多道采集放大装置的控制器8连接，所述电脑将所述控制器8传递出的数据处理成谱形数据后，寻找标准校准样品对应的实际道峰位置，然后根据实际道峰位置与标准参考位置的偏差，计算出使标准样品的实际道峰位置跟标准参考位置重合或匹配的信号强度的变化量，从而生成所述信号强度变化指令。
电脑12将数字信号处理成谱形数据,并且计算出被测样品的成分含量,显示含量结果，打印报告；根据校准样品的道峰位置，向MCU发送信号信号强度调整指令。
下面对本发明的工作原理进行说明。
当电脑将传递过来的数据处理成谱形数据后，寻找标准校准样品对应的实际道峰位置。如果发现道峰位置跟标准参考位置有偏差，电脑就会计算出信号强度应该变化多少，从而使能够使标准样品的实际道峰位置跟标准参考位置重合或匹配。算完后电脑就会向控制器8发送信号放大倍数调整指令，也即是信号强度调整指令。控制器8收到指令后，就会去控制第一放大倍数控制单元6和第二放大倍数控制单元7，以调整相应放大器的放大倍数，从而对信号强度进行大幅度或者小幅度的调整。调整后，再将采集的数据处理成谱形，再对照道峰位置，如果有偏差再次调整，如此往返多次，直到标准样品道峰的实际位置跟标准参考位置重合为止。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置，其特征在于，包括：
粗调放大器(1)，其输入端与外部的探测器(2)连接；
细调放大器(3)，其输入端与所述粗调放大器(1)的输出端连接；
整形器(4)，其输入端与所述细调放大器(3)的输出端连接，用于将所述细调放大器(3)输出的信号整形成正梯形波信号；
模数转换器(5)，其输入端与所述整形器(4)的输出端连接；
第一放大倍数控制单元(6)，与所述粗调放大器(1)连接，用于控制所述粗调放大器(1)的放大倍数；
第二放大倍数控制单元(7)，与所述细调放大器(3)的连接，用于控制所述细调放大器(3)的放大倍数；
控制器(8)，与所述第一放大倍数控制单元(6)和所述第二放大倍数控制单元(7)的控制端连接，所述控制器(8)将所述模数转换器(5)采集到的结果传递给外部的电脑(12)，并根据所述电脑(12)发出的信号强度变化指令调节所述第一放大倍数控制单元(6)和所述第二放大倍数控制单元(7)的放大倍数，以使标准校准样品对应的实际道峰位置与标准参考位置重合。
2.根据权利要求1所述的具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置，其特征在于，所述模拟多道采集放大装置还包括：
跟随放大器(9)，所述探测器(2)通过所述跟随放大器(9)与所述粗调放大器(1)连接。
3.根据权利要求1所述的具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置，其特征在于，所述模拟多道采集放大装置还包括：
高通滤波器(10)，所述粗调放大器(1)通过所述高通滤波器(10)与所述细调放大器(3)连接，所述高通滤波器(10)将经所述粗调放大器(1)的尖脉冲信号滤波成左右对称的正态信号。
4.根据权利要求1所述的具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置，其特征在于，所述模拟多道采集放大装置还包括：
可编辑逻辑器件(11)，所述模数转换器(5)通过所述可编辑逻辑器件(11)与所述控制器(8)连接，所述可编辑逻辑器件(11)用于控制所述模数转换器(5)的采样，并将所述模数转换器(5)采集到的数据传递给所述控制器(8)。
5.根据权利要求1所述的具有可调放大倍数的模拟多道采集放大装置，其特征在于，所述模拟多道采集放大装置还包括用于与所述电脑(12)连接的网口(13)和USB接口(14)。
6.一种模拟多道采集放大系统，包括：
权利要求1所述的模拟多道采集放大装置；
探测器(2)，与所述模拟多道采集放大装置的粗调放大器(1)连接，用于将光子能量转化为电信号；
电脑(12)，与所述模拟多道采集放大装置的控制器(8)连接，所述电脑将所述控制器(8)传递出的数据处理成谱形数据后，寻找标准校准样品对应的实际道峰位置，然后根据实际道峰位置与标准参考位置的偏差，计算出使标准样品的实际道峰位置跟标准参考位置重合的信号强度的变化量，从而生成所述信号强度变化指令。
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