[发明专利]多通道热释电能量平衡测量系统及能量测量方法

权利要求书

1.多通道热释电能量平衡测量系统，其特征在于：包括热释电型探测器（1010）、单端至差分转换器（1001）、前置可编程增益放大器（1002）、后置可编程增益放大器（1005）、带通滤波器（1011）、主通道放大器（1007）、冗余通道放大器（1008）、信号采集及控制模块（1009）和增益及带通滤波器带宽控制模块（1006）；

所述热释电型探测器（1010）、单端至差分转换器（1001）、前置可编程增益放大器（1002）、带通滤波器（1011）、后置可编程增益放大器（1005）、主通道放大器（1007）、信号采集及控制模块（1009）和增益及带通滤波器带宽控制模块（1006）依次连接；

所述冗余通道放大器（1008）连接于后置可编程增益放大器（1005）和信号采集及控制模块（1009）之间；

所述增益及带通滤波器带宽控制模块（1006）的输出端分别与前置可编程增益放大器（1002）的控制端、带通滤波器（1011）的控制端和后置可编程增益放大器（1005）的控制端隔离连接；

所述信号采集及控制模块（1009）采用自适应频谱分析方法对采集的信号进行分析和处理，并将处理结果传输给增益及带通滤波器带宽控制模块（1006），所述增益及带通滤波器带宽控制模块（1006）将该处理结果下载到前置可编程增益放大器（1002）和后置可编程增益放大器（1005）及带通滤波器（1011）。

2.根据权利要求1所述的多通道热释电能量平衡测量系统，其特征在于：所述带通滤波器（1011）由依次连接的可编程开关电容高通滤波器（1003）和可编程开关电容低通滤波器（1004）构成；

所述可编程开关电容高通滤波器（1003）的输入端与前置可编程增益放大器（1002）输出端连接，可编程开关电容高通滤波器（1003）的控制端与增益及带通滤波器带宽控制模块（1006）的输出端隔离连接；

所述可编程开关电容低通滤波器（1004）的输出端与后置可编程增益放大器（1005）的输入端连接，可编程开关电容低通滤波器（1004）的控制端与增益及带通滤波器带宽控制模块（1006）的输出端隔离连接。

3.多通道热释电能量平衡测量系统的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.采用权利要求1所述的多通道热释电能量平衡测量系统进行信号采集；

a1.所述多通道热释电能量平衡测量系统自适应调整前置可编程增益放大器（1002）和后置可编程增益放大器（1005）的增益及带通滤波器（1011）的带宽，调整完毕后，增益及带通滤波器带宽控制模块（1006）向信号采集及控制模块（1009）发出触发信号；

a2. 所述信号采集及控制模块（1009）接收到触发信号后，开始采集主通道放大器（1007）与冗余通道放大器（1008）传输的信号，并对采集的信号进行储存；

b.所述信号采集及控制模块（1009）对采集的信号进行能量计算，具体步骤如下：

b1. 热释电探测器测量得到                                                个观测信号，；

b2. 观测信号通过式（2）进行球化预处理得到观测向量，，具有零均值单位方差，

                                     （1）

式（1）中，为球化矩阵，通过式（2）计算获得：

                                 （2）

式（2）中，A为以协方差矩阵的单位范数特征向量为列的矩阵，D为以协方差矩阵的特征值为对角元素的对角矩阵；协方差矩阵 为对观测信号和 的转置求期望得到，即通过式（3）计算获得；

                               （3）

b3.观测向量通过式（4）做相位校正，校正后的观测向量为，，

                    （4）

式（4）中表示第个观测向量相对于第一个观测向量的延迟时间，为采样时刻；

b4. 按逐次提取独立分量的方式，依次得到向量的独立成分，进而得到的所有独立信号源，具体如下：

b401.选择要估计的独立成分的个数，当前需要处理第个观测向量，置；

b402.选择具有单位范数的初始化向量作为分离向量；

b403.根据式（5）至式（7）对分离向量进行更新得到：

                                   （5）

                                     （6）

                                 （7）

式（5）中为分离向量的转置向量，为源信号的一个估计；式（6）中为降噪函数，选择IIR切比雪夫低通滤波器结构，其截止频率的选择与带通滤波器（1011）相同，为的降噪估计；式（7）中为分离向量的更新；

b404. 采用式（8）对分离向量的更新进行正交化：

                       （8）

b405.采用式（9）对分离向量的更新进行规范化：

                                       （9）

b406. 分离向量进过式（5）至（9）的处理后，判断分离向量是否收敛，若未收敛，返回步骤b403；若已收敛，执行步骤b407；

b407.置；若，执行步骤b402；否则，执行下一步骤；

b5. 将步骤b4中得到的个独立成分按照信号非高斯性的大小进行排序，并将非高斯性较小的个成分置零，然后，采用剩余的个独立成分重构观测信号，完成对含噪观测信号的降噪处理；

b6. 根据所述多通道热释电能量平衡测量系统标定参数对热释电探测器（1010）测量得到的观测信号进行标定，然后根据式（10）计算热释电能量：

                                   （10）

其中，为观测信号的电压峰值，为多通道热释电能量平衡测量系统标定的输出端固有偏置电压，为放大器的全局增益，为热释电型探测器（1010）的灵敏度。