1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
3 华东师范大学重庆研究院，重庆 401121
描述一种基于高速光学异步采样(ASOPS)方法的太赫兹光谱数据采集系统，使用两台重频差为50 Hz的飞秒脉冲激光器分别作为泵浦光和探测光；使用LT-InGaAs/InAlAs光电导天线产生和接收太赫兹信号，使用采样率可调、采样模式可选的数据采集系统采集时域信号和获取光谱。试验得到的谱宽为0.06~4 THz，信噪比大于60 dB。在301.6 Msa/s的采样率和50 Hz扫描频率下，试验测量的水蒸气吸收光谱中吸收线的频率与HITRAN数据库中公布的非常接近，最大误差为12 GHz。
太赫兹时域光谱 光学异步采样 数据采集 现场可编程门阵列 terahertz time-domain spectroscopy optical asynchronous sampling data acquisition field programmable gate array
1 南华大学电气工程学院, 湖南 衡阳 421001 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 23003
2 南华大学电气工程学院, 湖南 衡阳 421001
3 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 23003
4 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 23003中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
5 合肥师范学院物理与材料工程学院, 安徽 合肥 230601合肥综合性国家科学中心能源研究院, 安徽 合肥 230031
6 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 23003南华大学核科学技术学院, 湖南 衡阳 421001
近红外波段(NIR, 波长范围: 780～2 500 nm)在线光谱分析技术具有小型化、 快速检测、 结果稳定可靠等优点, 在工业现场检测领域有着广泛的应用。 由于近红外光谱分析系统受温度影响较大, 传统的光栅分光在线光谱分析系统所采用的光谱仪通常仅对探测器制冷, 光路部分仍然会受到温度影响产生波长漂移等测量误差。 此外, 系统也多采用PC计算机来进行数据采集和控制, 并通过配备独立的工业通讯模块实现光谱分析系统与产线总控系统的通讯, 不仅增加了设备成本与体积, 也显著降低了系统的稳定性。 针对这些问题, 基于STM32单片机开展了在线恒温光谱分析系统研制与测试。 系统采用STM32单片机来控制近红外光谱仪, 通过设定和修改采集间隔时间并采集光谱数据, 对光谱数据进行预处理, 来计算得到目标样品的理化指标。 对于温度控制, 开发了在STM32单片机上运行的基于比例-积分-微分(PID)控制算法的恒温控制系统, 对光谱仪整体(包含光路和电路部分)实现了闭环恒温控制。 同时, 开发了基于STM32单片机的工业通讯接口(包含Modbus协议通讯和4～20 mA电流信号通讯)。 系统实验测试结果表明, 该设计能够长时间稳定运行, 并有效降低了环境温度变化对光谱数据带来的干扰。 在长达48小时的系统运行过程中, 光谱仪温度稳定控制在5 ℃左右, 温控精度优于0.25 ℃。 相对于未恒温控制的运行模式, 恒温控制条件下的平均吸收光谱强度相对标准差显著减小, 并实现了数据采集、 预处理、 样品理化指标计算、 工业信号通讯及温度控制的一体化设计, 以满足工业现场在线检测需求。
在线光谱分析系 STM32单片机 比例-积分-微分控制 数据采集控制 On-line spectroscopic system STM32 single-chip microcomputer Proportional-integral-differential (PID) control Pctra data acquisition 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2734
气囊抛光可用于加工具有纳米级表面粗糙度和亚微米级形状精度的非球面光学元件，在光学元件加工领域应用广泛。传统气囊工具磨损检测方法成本高、耗时长、效率低，针对该问题，提出一种基于拼接数据采集平台的改进迭代最近点（ICP）拼接算法的气囊磨损检测方法。该方法通过点云拼接实现大尺寸气囊工具的磨损检测，并结合气囊磨损检测算法计算磨损量。采用体素下采样和半径滤波对拼接数据进行点云预处理，利用搭建的拼接检测数据采集平台获取良好的初始配准变换矩阵，最后利用双向K-D树近邻搜索结合ICP算法实现点云精配准。实验结果表明，所提拼接算法在保证配准精度的同时可大幅提高配准效率，并且不影响后续气囊磨损检测的精度，为大尺寸气囊工具磨损检测提供了保证。
气囊抛光 气囊磨损检测 数据采集 点云配准 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1612001
1 河池学院 人工智能与制造学院 人工智能与信息处理重点实验室, 广西 河池 546300
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 太赫兹技术研究院, 上海 200093
针对太赫兹时域光谱仪的国产化、高性能和灵活便携要求, 分析了微弱太赫兹脉冲信号的顺序等效采样原理, 设计了用于太赫兹光电导探测的高速直接数据采集系统, 提出一种由飞秒脉冲激光器、电动光学延迟线、太赫兹光电导天线、直接数据采集系统、三轴位移平台、半导体制冷温控器和PC计算机组成的直采式太赫兹时域光谱快速扫描系统, 最后进行系统测试和分析。实验结果表明, 在相同的空载测试条件下, 系统比传统SR830锁相放大系统的信号频域动态范围提高了9dB、有效频谱宽度提高了0.4THz, 经过512次时域平均后系统信号频谱动态范围超过72dB、有效频谱宽度高达3.5THz。
赫兹时域光谱 直接数据采集 顺序等效采样 快速扫描 模数转换 terahertz time domain spectroscopy direct data acquisition sequential equivalent sampling rapid scanning Analog-digital conversion
1 合肥工业大学 微电子设计研究所， 合肥 230601
2 合肥工业大学 教育部IC设计网上合作研发中心， 合肥 230601
分析了数字下变频的原理，设计实现了能进行1、2、4、8等可选抽取倍数的高速数字下变频系统。对系统中的混频器和滤波器进行了优化设计。采用基4布斯编码和4-2压缩器，缩短混频器中的关键路径；引入基于Horner法则和子表达式共享的正则有符号数(CSD)编码，减小滤波器的硬件消耗。设计的数字下变频系统用于四通道、560 MHz 14位时间交织模数转换器(TIADC)，并基于FPGA完成功能验证。结果表明，当输入信号频率为380 MHz、抽取倍数为8时，I/Q两路信号的无杂散动态范围(SFDR)在90 dB以上。
数字下变频 半带滤波器 混频器 高速数据采集 digital down converter half-band filter mixer high speed data acquisition
1 中国科学院高能物理研究所 北京 100049
2 中国科学院大学 北京 100049
基于模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）的数字测量系统，对采样数据的信噪比具有较高要求；在各项因素中，采样时钟的抖动对信噪比的影响最为突出。为滤除输入时钟的抖动，采用德州仪器双环路PLL架构的LMK04610芯片，设计了基于双锁相环的时钟电路；经测试，可以把频率为62.475 MHz源时钟大于7 ps的抖动降低到2 ps以下输出频率为499.8 MHz的时钟信号；提供给ADC芯片采样，其采样数据信噪比接近理论值。双锁相环滤除抖动方案，效果良好，可以为数字测量系统设计人员提供借鉴。
数据采集 双锁相环 抖动滤除 ADC信噪比 Data acquisition Dual-loop PLL Jitter cleaner SNR of ADC 曹也 1,2,3,*程亮亮 1,2,3杨昊 1,2,3方志远 1,2,3[ ... ]谢晨波 1,2,3
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验 室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
激光雷达作为大气探测的有效手段之一, 逐渐向小型化、轻量化的趋势发展。针对激光雷达的功能专用性, 基于现场可编程门阵列 (FPGA) 对探测、采集系统进行了集成优化设计。逻辑中各模块之间通过握手协议和同步有限状态机有序配合完成数据链路的构建和传递。系统以 FIFO 作 为 ADC 的数据存储器, 通过 AXI 总线协议配合 Xilinx MIG IP 有序将 FIFO 的数据突发缓存到 DDR 中, 并且通过千兆以太网完成对采集数据的传输。该激光雷达数据采集卡集成光电倍增管增益控制和回波信号采集功能, 并采用兼容性硬件和逻辑设计, 具有集成度高、增益调节便捷且精度高、采集快速方便以及快速适配等诸多优点。
激光雷达 光电倍增管 数据采集 千兆以太网 现场可编程门阵列 lidar photomultiplier tube data acquisition Gigabit Ethernet field programmable gate array 
