[发明专利]一种激光多普勒测振计信号实时采集处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据采集及信号实时处理装置，特别是涉及一种激光多普勒测振计信号实时采集处理装置。

背景技术

激光多普勒测量技术可以远距离、非接触的实时测量各种微弱振动目标的运动速度及其微小变化，随着该技术的快速发展，已在测速、测振及相关应用研究领域得到了广泛的推广。

针对激光多普勒测振计，其系统构成包括相干光学检测链路和相干电子学检测模块。相干光学检测链路以光学方法实现振动目标信息的相干探测，相干电子学检测则在相干光学检测的基础上进一步提取振动目标的原始振动频率并实时输出含有振动信息的电压信号。

在相干电子学检测模块中，光电探测器输出信号首先经去载波处理得到正交两路信号，然后经微分鉴频等方法提取频率信息。然而，常规的微分鉴频处理手段是基于集成运算放大器芯片等模拟器件实现该方法中的加、减、乘、除等算法，因此，集成运算放大器芯片等器件的动态特性直接限制了待处理信号的动态范围，限制了激光多普勒测振计的可探测振动频率范围。其次，基于模拟器件实现微分鉴频处理需通过外围硬件电路参数的改变以获得良好的信号解调特性，因此，在实际应用中，电路装置的通用性较差。此外，传统的基于数字信号处理方法提取振动信息的电路装置，其内部的信号采集系统一般均采用单片机或DSP作为控制器，控制A/D和D/A转换、存储器及其他外围电路的工作，然而由于单片机本身的指令周期以及处理速度等性能受限，因此难以达到多通道高速数据同步采集的要求；DSP虽然可以实现较高速的数据采集，但是，采样速率的提高同时也引入了更高的系统设计成本；并且，单片机和DSP的各种功能需要借助软件控制才能实现，因此，指令的执行速度和效率较低，并且软件的运行时间占用了整个采样时间的很大比例。为了克服单片机和DSP在信号采集方面的不足，针对多路并行采集处理系统，目前常见的设计方法主要是FPGA与DSP相结合的处理手段，即采用FPGA实现控制、采用DSP实现数据处理，该方法适用于控制简单、信号处理算法复杂的采集系统，对于算法简单或时序要求严格的多路数据高速并行采集处理系统而言，这种设计方法则过于复杂化，不利于设计实现和推广应用，同时，FPGA和DSP之间的通信也会影响数据传输的可靠性和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激光多普勒测振计信号实时采集处理装置，具有实时性强、采样速率高、采样精度高、集成性强以及工作稳定等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光多普勒测振计信号实时采集处理装置，包括依次相连的信号调理模块、A/D转换电路模块、FPGA及其外围电路模块、D/A转换电路模块和显示器；所述信号调理模块用于将激光多普勒测振计的两路相位正交的模拟信号放大；所述A/D转换电路模块用于将模拟信号转换为数字信号；所述FPGA及其外围电路模块用于对收到的数字信号进行串并转换和微分鉴频处理；所述D/A转换电路模块用于对经过处理的数字信号转换为模拟信号；所述显示器根据收到的模拟信号显示内容。

所述FPGA及其外围电路模块还与外部接口电路相连，所述外部接口电路与上位机相连。

所述FPGA及其外围电路模块还与存储器SDRAM电路相连。

所述信号调理模块包括两路差分放大器，每路差分放大器按比例放大来自于激光多普勒测振计的两路相位正交的模拟信号。

所述A/D转换电路模块包括四通道16位求和型模数转换芯片ADS1174、稳压芯片REF1004以及集成运放芯片OPA350；所述稳压芯片REF1004的6号管脚与所述模数转换芯片ADS1174的56号管脚相连；所述集成运放芯片OPA350的3号管脚与所述模数转换芯片ADS1174的55号管脚相连。

所述D/A转换电路模块采用16位D/A转换芯片DAC8551以及稳压芯片REF02实现；所述稳压芯片REF02的6号管脚与所述16位D/A转换芯片DAC8551的2号管脚相连。

所述外部接口电路模块采用RS232通讯模式，通过MAX3232芯片实现。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明能够实现激光多普勒测振计两路正交信号的快速采集和实时处理，提取出原始振动信息，实时输出携带有振动频率信息的电压信号。本发明是基于FPGA的设计方法实现的，能够在电路的性能指标、功能、规模、开发成本、软硬件升级以及工作可靠性等方面实现最优化设计。

附图说明

图1是本发明的结构框图；