[发明专利]一种基于可编程放大器的宽范围微水测量系统

权利要求书

1.一种基于可编程放大电路的宽范围微水测量系统，包括中央控制电路、数模转换模块、DFB激光器、光纤准直器、光电转换器、可编程放大电路和模数转换模块，其特征在于中央控制电路连接至数模转换模块，数模转换模块的模拟信号输出端连接至DFB激光器，DFB激光器的输出端经其尾纤接入光纤准直器，光纤准直器的输出端连接到光电转换器的输入端面，光电转换器的输出端连接到可编程放大电路的输入端，可编程放大电路的控制端与中央控制电路相连；可编程放大电路的输出端接入模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接到中央控制电路，中央控制电路根据采集到的信号大小反馈调整可编程放大电路的放大倍数；

所述可编程放大电路包括集成块U101、电容C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40和电阻R9，集成块U101型号为AD8321，其中电阻R9和电容C32相连接组成是一个低通滤波器，连接点接到AD8321的引脚2，该低通滤波器对输入到可编程放大电路的时钟进行的滤波，AD8321的引脚1、引脚2经电阻R9、引脚3、引脚6连接到中央控制电路的IO管脚上，实现中央控制电路对可编程放大电路的控制，AD8321的正相输入端即引脚18通过串接电容C38与地相连，反相输入端即引脚19与前级光电转换器的输出端相连接，AD8321的输出端即引脚10连接到模数转换模块的输入端；

所述数模转换模块包括数模转换芯片U11和电容C23、C24，芯片U11型号为TLC5615，其中电容C23连接在TLC5615的引脚5和8之间以实现对U11供电电源的滤波，电容C24连接在TLC5615的引脚5和6之间以实现对数模转换模块参考电压的滤波；TLC5615的引脚1和中央控制电路相连接，引脚7和DFB激光器相连接；

所述模数转换模块包括模数转换芯片U21和电阻R4、电容C25，芯片U21型号为MAX1287，其中电阻R4和电容C25相连接并接到芯片的供电电源处，电阻R4的另一端接到MAX1287的引脚1处，电容C25的另一端接地，即MAX1287的引脚4处，电容C25对MAX1287的供电电源起滤波作用；MAX1287的引脚2和可编程放大电路相连接，MAX1287的引脚7和中央控制电路相连接。

2.如权利要求1所述的一种基于可编程放大电路的宽范围微水测量系统，其特征在于所述的中央控制电路是LPC1756嵌入式Cortex-M3处理器。

3.如权利要求1所述的一种基于可编程放大电路的宽范围微水测量系统，其特征在于所述的光电转换器是PIN光电转换器。

4.一种利用如权利要求1所述的测量系统进行宽范围微水测量的方法，步骤如下：

1）中央控制电路发出周期性的调制信号，驱动DFB激光器发出扫描波长随驱动信号变化的激光，经光纤准直器中气体中水分子吸收后的光信号通过光电转换器和处理电路转变为可测量的电压信号，中央控制电路控制的模数转换模块按照驱动调制信号的周期和时序采集电压信号，经500次平均处理后将其存储为横坐标为数据点位置，纵坐标为电压值的数组；

2）调节可编程放大电路:取步骤1)中采集的电压值中的最大值，判断该电压值是否在模数转换模块的最佳采集范围以内，如果是则保持可编程放大电路的放大倍数，如果不是则判断该电压值是否低于模数转换模块的最佳采集电压值的最小值，若低于该最小值则提高可编程放大电路的放大倍数，如果高于模数转换模块的最佳采集电压值的最大值则减小可编程放大电路的放大倍数；

3）标定峰值与水汽含量：使用高精度微水仪来标定峰值与微水含量的对应关系，控制光纤准直器处与高精度微水仪处的微水含量相同，对测出的峰值与实际测出的微水含量标定计算出对应系数关系，具体的说，使用本系统保持温度不变，在多次平均后的数组中取出绝对峰值数据，根据气体中微水含量C与采集到的峰值电压信号y的关系，确定y对应的气体中微水含量。