1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心，北京00094
2 中国科学院大学 微电子学院，北京100049
为了实现对钞券表面涂层高速在线检测，研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先，根据涂层材料的特性，采用近红外波段的发光二极管和光电二极管，研制了驱动和弱信号采集电路；然后，利用现场可编程门阵列和图形化虚拟仪器平台实现了数据的实时传输和处理；最后，提出了计算信号峰值强度的峰值标准差法并分析了该算法的实时性，进行了钞券表面涂层检测和算法实时模拟实验。实验结果表明，在钞券22 m/s的运行速度下，无论衬底是简单或复杂，未涂布钞券的信号均明显高于已涂布钞券的信号，分别差约为7 000，4 000，1 400，衬底图文越复杂，信号差越小。算法开始至结束的时间约为2~3 ms，远小于22 ms的钞券时间间隔，算法速度满足实时要求。本文研制的系统具有高速、实时、稳定的特点，可高效检测纸张表面的涂层有无，有望为涂层在线质量检测提供一种全新的方法。
涂层 弱信号采集 峰值检测 实时系统 coating weak signal acquisition peak detection real-time system 光学 精密工程
2022, 30(24): 3116
齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院激光研究所，山东 济南 250103
为满足风场对风速测量的需求，研制了基于FPGA的激光雷达测风系统高速信号采集处理模块，负责对激光雷达回波信号采集、快速傅里叶变换(FFT)及频谱数据累加平均运算。将采集到的1 024点回波数据通过流模式、块浮点结构FFT运算，分别得到单次频谱数据和1 024次累加平均频谱数据，并利用数据传输模块可靠传输至上位机进行显示与分析。通过搭建工作波长为1 550 nm的连续相干激光雷达测风系统，对信号采集处理模块进行指标测试和累加平均滤波算法验证。测试结果表明：该采集处理模块能够在100 MHz时钟下对回波信号实时采集处理，频谱分辨率达到97.66 kHz，将风速测量精度提升至7.57 cm/s。
激光雷达 高速信号采集与处理 FPGA FFT lidar high-speed signal acquisition and processing FPGA FFT 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20210467
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
为了满足对探测器模拟信号采集的高精度、低延迟、零相移的要求, 设计了一种基于FPGA的AD信号采集自适应系统。结合工程实际应用, 给出了AD信号采集的时序图及设计流程图, 在基于XILINX公司的Zynq-7000系列的器件上, 由FPGA逻辑实现对AD9653芯片的控制, 确保每一路的模拟信号, 经AD转换后数字信号到FPGA的整个通路不因PCB布局布线的差异而有所不同, 每一路通道上的信号经FPGA内的硬件逻辑资源SelectIO后可自适应, 保证了数据采集的准确性。
AD信号采集 自适应系统 analogue digital (AD) signal acquisition adaptive system field programmable gate array (FPGA) FPGA AD9653 AD9653
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
2 中国科学院大学，北京100049
针对应变信号采集系统中的信号处理环节，设计并实现一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的FIR数字滤波器。首先，基于Matlab采用克莱德曼窗函数设计一个长度为16的15阶数字滤波器，并生成高斯白噪声与频率为2 kHz、8 kHz正弦波的合成信号，然后量化12位系数，将系数文件导入QuartusⅡ13.1软件，结合FPGA内部数字滤波器IP核，采用自上而下的方式设计出FIR数字滤波器，最终在Simulink环境下对其进行仿真。实验结果表明，滤波前后合成信号的均方误差下降28.5%，提高了低频信号质量，增强了应变信号采集系统的功能性和集成度。
信号采集 FIR数字滤波器 IP核 signal acquisition FIR digital filter FPGA FPGA IP core
针对实际生产或维修中飞机螺旋桨的不平衡问题, 设计了一种飞机螺旋桨的静平衡检测系统。可以检测出螺旋桨不平衡量的大小和位置。测试系统通过平衡台部分刀口卸荷差动式测量方式, 保留出系统X、Y方向的旋转自由度, 应用传感器检测在其方向上的不平衡力矩。由stm32f103和tm7711组成的信号采集电路传送到上位机中, 在上位机软件中进行运算处理, 显示出最终结果。并经过实验验证了系统的准确性。
飞机螺旋桨 静平衡测试系统 刀口卸荷差动式测量 信号采集 aircraft propeller static balance test system knife port unloading differential measurement signal acquisition
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳471000
3 空军石家庄飞行学院, 石家庄050081
4 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南洛阳471000
基于某制冷型红外焦平面探测器, 介绍了一种高信噪比的模拟信号采集电路。使用了噪声分析法对电路噪声来源进行分析, 建立了低噪声的信号变换路径; 采用信噪比(SNR)和噪声等效温差(NETD)测试相结合的方法, 对电路和成像组件指标进行评价; 测试结果表明, 组件SNR可达76 dB, NETD可达17. 5 mK(环境温度300 K), 信号采集过程中噪声引入量少, 组件能够实现对远距离微弱小目标的探测。
微弱目标探测 模拟信号采集 高信噪比 dim target detection analogue signal acquisition high SAN NETD Noise Equivalent Temperature Difference(NETD)
四川大学 物理科学与技术学院 微电子系, 微电子技术四川省重点实验室, 成都 610064
针对生物信号微弱、变化范围大等特点设计了一种用于检测微弱电流的全差分跨阻放大器(TIA)电路结构。不同于传统电路的单端输入, 该结构采用高增益的全差分两级放大器实现小信号输入及轨到轨输出。基于CSMC 0.18μm CMOS工艺, 采用1.8V电源电压对设计的电路进行了仿真, 仿真结果表明：TIA输入电流动态范围为100nA~10μA, 最大跨阻增益达到104.38dBΩ, -3dB带宽为4MHz, 等效输入噪声电流为1.26pA/Hz。对电路进行跨阻动态特性仿真表明, 在输入电流为100nA时, 输出电压的动态摆幅达到3.24mV, 功耗仅为250μW, 总谐波失真(THD)为-49.93dB。所设计的高增益、低功耗、宽输入动态范围TIA适用于生物医疗中极微小生物信号的采集, 可作为模块电路集成在便携设备中。
生物信号采集 健康监测 宽输入动态范围 高增益 跨阻放大器 biological signals collection health monitoring wide input dynamic range high gain TIA
1 吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室, 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
一氧化碳作为一种危险的开采排放气体, 在复杂的井下环境中极易累积, 对矿工生命安全造成严重威胁。 介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪, 该仪器采用激发波长为465 μm的量子级联激光器作为光源, 配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12 m的紧凑型多次反射气室, 实现了对痕量一氧化碳气体的检测。 自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题。 这一新系统的采样带宽为400 MHz, 采样频率1 GSPS, 垂直分辨率达到12 bit, 有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度。 该仪器采用长光程差分吸收光谱法, 通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9。 检测仪的测量误差有非平稳, 慢时变的特点。 根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计, 经过约40 s方差曲线达到极小值, 此时阿伦方差值为61×10-9。 在2 h的稳定性测试中, 检测仪稳定度达到21×10-3, 在长达12 h的稳定性测试中, 检测仪的稳定度依然可以达到17×10-2。 此仪器具有较高的灵活性, 通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测。
量子级联激光器 痕量气体检测 光电信号采集系统 长光程差分吸收光谱 残差分析 阿伦方差 Quantum cascade laser Trace gas detector Photoelectric signal acquisition system Long-path differential optical absorption spectros Residual analysis Allan deviation 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2278
中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东 青岛 266555
针对近红外双色探测器在两种不同工作 波段的光谱响应曲线及暗电流，设计了一种基于近红外双色探 测器的信号采集系统及采集方法。该系统具有多种电流转电压 档位、电压放大档位和滤波电路带宽档位，能够快速进行信号 放大和带宽控制；同时通过数字/模拟转换器(D/A)为四级放大电 路提供模拟调零信号，可有效消除由光学系统的杂散光和探测器 自身的暗电流引起的噪声。该系统具有速率快、噪声低和分辨率 高等特点。通过使用这种信号采集系统，光学系统的信噪比、动态 范围、最小可测功率等指标参数都能得到提高。
近红外 双色探测器 信号采集 光谱响应 near infrared two-color detector signal acquisition spectral response
1 装甲兵工程学院 兵器工程系, 北京 100072
2 中国人民解放军 驻617厂军事代表室, 包头 014000
为了解决测试弹幕**弹着点激光靶信号通道过多的难题, 提出了模块化的系统组成以及基于现场可编程门阵列加中央处理器的并行数据采集方案, 分析了被测弹丸飞行参量及数据采集和存储速度要求, 给出了平行阵列激光靶的坐标定位原理, 设计了结构简单、可靠性高的光电检测电路, 推导了电路灵敏度调整方法, 并进行了数据采集实验验证。结果表明, 该系统易安装调试、工作可靠性高, 采集和存储速度满足弹幕**密集度测试需要。
测量与计量 并行信号采集 现场可编程门阵列+中央处理器 光电检测电路 激光光幕靶 measurement and metrology parallel signal acquisition field-programmable gate array+central processing u photoelectric detection circuit laser screen target
