[实用新型]一种模拟滤波与数字积分相结合的直读光谱信号采集电路

说明书

技术领域

本实用新型属于直读光谱仪技术领域，具体涉及一种模拟滤波与数字积分相结合的直读光谱信号采集电路。

背景技术

早期光电直读光谱仪测控电路框图如图1所示：图1中16个光电倍增管输出信号被电阻电容组成的积分器转换成电压信号并连接到对应的电压跟随器上，16个电压跟随器连接在16选1的模拟开关的输入端。由FPGA控制16选1的模拟开关依次与12位的AD芯片连接并读取数据。

图2中R1和C1构成电容电阻积分器，U1是电压跟随器，U2是2选1模拟开关，PMT_SIGN是光电倍增管信号输出端，ctrl_signal1信号是来自FPGA的模拟开关控制信号，OUT端连接16选1的模拟开关。该测控系统的作用是读出光电倍增管输出的电流信号对指定时间T在电阻电容积分器上的积分电压。在该电路中，仪器光源激发时，FPGA将循环的选通连接在16选1的模拟开关16个输入脚的电压信号，FPGA通过AD转换器将电压信号转换成数字信号后上传到单片机中，单片机中设定了电容放电电压，当电容上的电压超过这个电压后单片机必须记录所读数据并使U2的1脚和2脚相连放掉电容上面的电。该电路系统的缺点时：1、电容C1上的电荷不能完全经R2放掉引入了测量误差。2、12位AD是分别采集16个通道的电压，这样采集成为串行采集，延长了整台仪器的分析时间。3、光电倍增管输出的部分高频噪声被R1和C1组成的积分器积分，导致仪器检测低含量的能力下降。4、在整个激发过程中每个通道的数据记录要通过很多数字控制信号才能完成，容易被光源产生的电磁干扰所干扰。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种模拟滤波与数字积分相结合的直读光谱信号采集电路，该电路采用模拟滤波放大器提高了微弱信号的检测能力，电路设计使得数据转换过程中不需逻辑控制，避免了被电磁干扰的风险，真正实现了多通道数据的并行采集。

技术方案：本实用新型所述的一种模拟滤波与数字积分相结合的直读光谱信号采集电路，包括与计算机连接的主控板和若干条连接在主控板和光电倍增管输出端的之间的采集支路，所述采集支路由计数器、电压-频率转换器、模拟滤波放大器依次串联而成。

进一步，该电路包括多块元素采集板，所述元素采集板分别由8条支路组成。

上述电路的具体工作过程为：光电倍增管输出的电流信号经模拟滤波放大器放大成电压信号，该电压信号经电压-频率转换器转化成成与瞬时电压成正比的频率的数字电平脉冲，这些脉冲由FPGA编程得到的计数器同时记录每个支路在分析时所输出脉冲数。

  设光电倍增管输出电流为                                               ，模拟滤波放大器的增益为,模拟滤波放大器输出为，电压-频率转换器输出频率为，电压-频率转换器转换系数为,则有：

                                 

而

所以计数器计下指定时间下电压-频率转换器输出的脉冲数就是对电流的积分，同样实现了光电倍增管输出信号电流对指定时间的积分。模拟滤波放大器衰减较高频率的噪声信号，放大低频率的有用信号，这样的模块放在电路中使电路能筛选出更小的有用信号。所有支路的数据都同时被由FPGA编程得到的计数器存储，真正实现了所有通道数据的并行采集，且在数据读取过程中不需做任何逻辑控制，避免了被仪器光源激发产生的电磁辐射所干扰。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：（1）采用模拟滤波放大器提高了微弱信号的检测能力，提升了整台仪器检测样品中低含量元素的能力；（2）巧妙的电路设计使得数据转换过程中不需逻辑控制，避免了被电磁干扰的风险，大大提高了仪器的稳定性；（3）真正实现了多通道数据的并行采集。

附图说明

图1为早期光电直读光谱仪测控电路框图。

图2为早期光电直读光谱仪测控电路图。

图3为本实用新型的电路框图。

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

如图3所示，一种模拟滤波与数字积分相结合的直读光谱信号采集电路，包括与计算机连接的主控板和多条连接在主控板和光电倍增管输出端的之间的采集支路，每8条采集支路组成1个元素采集板，所述采集支路由计数器、电压-频率转换器、模拟滤波放大器依次串联而成，上述计数器与主控板由FPGA编程得到。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。