[实用新型]一种模拟与光子计数信号采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种四通道模拟与光子计数信号采集系统。

背景技术

臭氧在大气中的含量极小，却发挥着极为重要的作用，一方面，臭氧层阻挡了强紫外辐射到达地面，保护了地球上的生命，另一方面，臭氧是一种强氧化剂，通过其氧化作用可以去除大气中许多痕量污染气体，同时也在许多大气污染物的转化中扮演着重要角色。

大气中的臭氧含量可以通过激光雷达进行监测与预报，臭氧探测激光雷达的信号获取方法一般为直接测量其后向散射信号的强度，激光雷达后向散射信号较弱，其信号是以距离平方呈反比快速减小。激光雷达信号采集系统通常以光电倍增管为探测器，常用采集方法包括模拟方式或光子计数方式，其中，模拟方式适合相对较强的光信号，而对于PMT输出的为一个个离散的光子脉冲时，较微弱的光信号很难获得较高的信噪比，需要用光子计数方式来采集，若采用模拟方式或光子计数方式，系统测量的动态范围比较小，无法获得较高的测量性能以满足系统较远距离的控制要求。

为了提高臭氧激光雷达采集系统的动态范围，需要将模拟方式和光子计数方式融合，这种方法对PMT输出的信号同时采用模拟和光子计数的方式进行采集，近场信号采用模拟信号，远场信号采用光子计数信号，再将两种信号拼接成完整的结果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种提高臭氧激光雷达采集动态范围的采集系统，且该采集系统稳定性强，信号噪音小。

本实用新型提供的一种模拟与光子计数信号采集系统，包括：

一种模拟与光子计数信号采集系统，包括：

探测器单元，其输出端输出至少四个通道的电流信号；

信息采集单元，包括模拟信号采集通道和光子脉冲采集通道，将所述电流信号隔离、放大和转换；

其中，所述模拟信号通道包括：

第一电压跟随电路，与所述探测器单元连接；前置放大器，与所述第一电压跟随电路连接，经所述前置放大器输出单端信号；差分放大器，单端信号经所述差分放大器耦合输出差分信号，并由ADC模数转换器转换为数字信号输出；

所述光子脉冲采集通道包括：

第二电压跟随电路，与所述探测器单元连接；两级放大器，与所述第二电压跟随电路连接；电压比较器，与所述两级放大器连接，将经两级放大器后的电压与基准电压比对；

信息处理单元，与所述信息采集单元通过FMC连接器连接，将经所述信息采集单元后的模数转换结果与光子计数的电压比较结果进行处理并存储；所述信息处理单元包括主芯片及与主芯片连接的存储器及各电压源。

可选地，还包括与所述主芯片连接的运行代码的FLASH存储器。

可选地，所述主芯片通过PCIE通信接口与PC机连接。

可选地，所述ADC模数转换器包括ADC芯片，所述ADC芯片为采样率105MSPS,14位的AD9253。

可选地，所述电压比较器包括D/A芯片和电压比较芯片。

可选地，所述两级放大器分别为第一级脉冲信号放大器LMH6702MF和第二级放大器THS3202DGN。

可选地，还包括信号触发单元，所述信号触发单元输出触发信号，通过触发信号通道输入至信息采集单元。

可选地，所述信号触发单元与信号采集单元连接，将检测到的激光器触发信号输出至信号采集单元。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型可以同时通过模拟采集电路和光子采集电路的

方式进行信号采集，近场信号采用模拟信号，远场信号采用光子计数信号，再将两种信号拼接完整。其中模拟信号采集至少四个通道的电流信号并通过信号采集单元隔离、放大和转换，具体包括：第一电压跟随电路，与探测器单元连接，实现采集电路和探测器的阻抗匹配、隔离和提高驱动性能；前置放大器与第一电压跟随电路连接，经前置放大器后输出单端信号；单端信号经差分放大器耦合输出差分信号，并由ADC模数转换器转换为数字信号后输出；光子脉冲采集通道包括：第二电压跟随电路与探测器单元连接；两级放大器与第二电压跟随电路连接；电压比较器与两级放大器连接，将两级放大器后的电流信号与基准电压比对。信息采集单元通过FMC连接器与信息处理单元连接，将经过信息采集单元后的模数转换结果与光子计数的电压比较结果信息处理后存储，上述系统提高了臭氧激光雷达采集系统的动态范围，增强了信号稳定性，降低了系统噪音，测得的数据更准确。