可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集器，其特征在于：所述高速高分辨率数字采集器内设有１＋Ｎ台模数转换器，每台模数转换器的输入端均连接有一台时间延时器，所述高速高分辨率数字采集器内相对于模数转换器的台数设有１＋Ｎ台时间延时器，模数转换器的输出端与大规模可编程逻辑器的输入端连接。本实用新型专利技术的有益效果在于：本实用新型专利技术利用大规模可编程逻辑器件（ＦＰＧＡ）组成ＡＤ采集控制及预处理单元及多路Ａ／Ｄ模数转换器设计的可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集处理方法，从而大大提高了高速数字采集的采样时间分辨率，相比现有技术而言具有突出的实质性特点和显著进步。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光纤传感的
，具体的说是一种可控触发周期信号的高速 高分辨率数字采集器，特别涉及其内部电器连接结构。
技术介绍
随着电子器件的高速发展和计算机总线技术的日趋成熟，数据采集的采样速率已 经得到飞速发展，现今的A/D采样率已经达到lOGS/s。近年来由于高速数字化技术的发展， A/D采样率大大提高，这从很大程度上提高了系统的空间分辨率与采集精度。在分布式光纤传感系统中，空间分辨率是一个十分重要的参数，分布式光纤传感 系统对被测光纤的波形信号进行数字化采样处理，采样间隔的大小直接影响测距分辨率。 如果高分辨率分布式光纤传感系统测距分辨率为lm，则要求对信号采样的间隔不大于1 ns。显然，实现1 ns间隔的直接采样难以实现。目前实现高分辨率采样的主要是随机取样法用在高采样分辨率的数字示波器中。 它适用于周期性重复信号，利用时间间隔双斜坡放大测量技术，可以作到很高的时间分辨 率，该法的主要缺点是整幅波形的采样样时间长，与分布式光纤传感系统快速实时测量的 特性要求相矛盾，而且电路比较复杂。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集器， 其采用多路AD采集卡的位数为12位以上，从而大大提高了高速数字采集的采样时间分辨 率，克服了现有技术中存在的缺点和不足。为了实现上述目的，本技术的技术方案是可控触发周期信号的高速高分辨 率数字采集器，其特征在于所述高速高分辨率数字采集器内设有1+N台模数转换器，每台 模数转换器的输入端均连接有一台时间延时器，所述高速高分辨率数字采集器内相对于模 数转换器的台数设有1+N台时间延时器，模数转换器的输出端与大规模可编程逻辑器的输 入端连接。单周期异触发采样合成以达到提高采样速率的效果。在分布式光纤传感系统中， 自发后向散射光信号的信号是经过激光脉冲的激发而产生的，整个系统由同步脉冲协调工 作。换言之，当控制系统产生一个同步脉冲时，激光器发射光脉冲，同时接收机开始接收处 理由此产生的自发后向散射光信号，同步脉冲经过采样延时器产生多个不同延时的采样触 发信号对多路A/D模数转换器的输入单周期自发后向散射光信号进行异触发采样，以减小 信号的采样间隔，从而提高信号数字采样的空间分辨率。高速A/D采样卡的性能对系统的影响主要表现在三个方面 ①采样速率及带宽；②数据采集方式；采样分辨率和精度；④数据信号处理方法。下面 对其各性能指标逐一进行分析。(1)采样速率及带宽分布式光纤传感器系统要求系统空间分辨率达到lm，A/D采样卡的采样速率与其 A/D转换时间成反比，由此得出在Im的空间分辨率要求下，A/D采样卡所需的最小采样速率 为100MHz，因此，在对A/D采样卡进行设计时，单从系统空间分辨率要求的角度来考虑，其 采样速率必须不小于100MHz。如果要想再进一步提高系统的空间分辨率，则A/D采样卡的 将需要更高的采样速率。作为本技术的一种优选方案，所述高速高精度分布式测温专用AD采集卡的 采样速率及带宽为彡100 MHz0(2)采样分辨率和精度A/D采样卡的分辨率是指A/D采样卡可分辨的输入信号的最小变化量，通常 由A/D采样卡的最低有效位(LSB)决定。要提高采样分辨率和精度，必须增加A/D采样卡 的位数，这样可以提高模数转换的精度和可靠性。然而A/D采样卡的位数越多，其转换的速 度越慢，这将影响系统的时间分辨率。此外，选择A/D采样卡的位数时，还应考虑与实际输 入信号的动态范围相适应。A/D采样卡的成本，也是一个必须考虑的因素。(3)数据信号处理方法在分布式光纤温度传感器系统中，通常采用时域累加平均来改善系统的信噪比并 恢复波形的方法。在分布式光纤传感器中，采用了多点平均的线性累加模式。经过多点累加平均之后，采样信号的信噪比大大改善，较未平均前获得^倍的提高。时域数字信号累加平均的方法是分布式光纤温度传感器信号处理的基本方法。本技术公开了一种可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集器，本实用新 型的有益效果在于本技术利用大规模可编程逻辑器件(FPGA)组成AD采集控制及预 处理单元及多路A/D模数转换器设计的可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集处理 方法。可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集方法将每一个周期的波形信号按一定时 间间隔(如At =Ins)延时异触发η路AD模数转换器分别采样累加后，然后按地址产生器 Pl生成的对应地址存放在一个数组中，即将所有一幅波形所有延时异触发采集的η路数据 均读入数组中，将数组中的数据合成为一幅完整的高分辨率采样数据，从而大大提高了高 速数字采集的采样时间分辨率，相比现有技术而言具有突出的实质性特点和显著进步。附图说明图1为本技术结构功能性结构框图。图2为可控触发周期信号的延时异触发高速采集时序图。图3为本技术各通道信号在数组中的存储位置图。具体实施方式 下面参照附图，对本技术进一步进行描述。 本技术为一种可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集器，如图1中所 示，其区别于现有技术在于所述高速高分辨率数字采集器内设有1+Ν台模数转换器1，每 台模数转换器1的输入端均连接有一台时间延时器2，所述高速高分辨率数字采集器内相 对于模数转换器1的台数设有1+Ν台时间延时器2，模数转换器1的输出端与大规模可编程逻辑器3的输入端连接。作为本技术的一种优选方案，所述双通道高速高精度分布式测温专用AD采 集卡的位数为12位以上，采样带宽大于100MHz。在具体实施时，所述大规模可编程逻辑器3内设有1+N预存储模块4，相对于预存 储模块4设有1+N加法器5、1+N双向存储模块6，每一预存储模块4的第一输入端单独对应 一模数转换器1的输出端，每一预存储模块4的第一输出端与一加法器5的第一输入端连 接，加法器5的输入输出端与一双向存储模块6第一输入输出端双向连接，双向存储模块6 第二输入输出端与通讯传输模块7的第一输入输出端双向连接，所述预存储模块4的第二 输入端与时序控制单元8第一输出端连接，时序控制单元8的第一输入输出端与地址产生 器9的输入输出端双向连接，时序控制单元8与地址产生器9之间设有时钟10，时序控制 单元8的第二输入输出端与时间延时器2的输入输出端双向连接，地址产生器9的第一输 出端分别与预存储模块4第二输入端、加法器5第一输入端、双向存储模块6第一输入端连 接，所述通讯传输模块7的第二输入输出端与PCI/ISA总线11双向连接。在具体实施时，所述高速高分辨率数字采集器内设有1+N组模数转换器1和时间 延时器2，当设有多组模数转换器1和时间延时器2时，它们之间为并行数据传输结构，每台 模数转换器1均独立对应一预存储模块4。在具体实施时，所述大规模可编程逻辑器3内设有1+N组预存储模块4、加法器5、 双向存储模块6，当设有多组预存储模块4、加法器5、双向存储模块6时，它们之间为并行数 据传输结构，每块双向存储模块6均与通讯传输模块7双向连接。分布式光纤传感器中携带温度信号的后向散射光经光电转换后以模拟电信号的 形式进入主放大电路进行放大，出来的信号电平随后进入1+n路高速AD转换模块与大规模 可编程逻辑器件(FPGA)组成AD采集控制及处理单元进行数据处理，便本文档来自技高网...

【技术保护点】
可控触发周期信号的高速高分辨率数字采集器，其特征在于：所述高速高分辨率数字采集器内设有１＋Ｎ台模数转换器（１），每台模数转换器（１）的输入端均连接有一台时间延时器（２），所述高速高分辨率数字采集器内相对于模数转换器（１）的台数设有１＋Ｎ台时间延时器（２），模数转换器（１）的输出端与大规模可编程逻辑器（３）的输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，皋魏，席刚，仝芳轩，周正仙，
申请(专利权)人：上海华魏光纤传感技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]