S3921-256Q輸出信號(hào)調(diào)理設(shè)計(jì)

由于S3921-256Q輸出的電壓信號(hào)是一種正值的負(fù)向矩形波,其信號(hào)幅值為1. 2V ,因此信號(hào)需要經(jīng)過(guò)調(diào)理,驅(qū)動(dòng),放大之后才能送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中?，F(xiàn)采用了三級(jí)放大的電路,見(jiàn)圖3。前級(jí)為增益為2的同相放大,第2級(jí)為增益為1的差動(dòng)放大,其同相端處設(shè)置了一個(gè)直流偏置電平Vx。此處,原本負(fù)向的波形被反向,并被偏置,其傳輸函數(shù)為: Vb= 2Vx - Va ,接入R ,C 組成的隔直電路后再接入增益為1. 82的第3級(jí)同相放大器中,使得調(diào)理后信號(hào)的幅度接近于下一級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的Vref。為了防止隔直電容的一端在另一端變化時(shí)引起的波動(dòng),因此設(shè)置了一非常微弱的箝位電平通過(guò)箝位脈沖電子開(kāi)關(guān)接入到第3級(jí)的同相端,該箝位脈沖PH　Clamp由上面的CPLD產(chǎn)生, ADC進(jìn)行采集時(shí),該電子開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

后端ADC和微處理器設(shè)計(jì)以及雙光電路的同步

由于脈沖頻閃氙燈具有偏紫外特性好,光強(qiáng)大,長(zhǎng)期使用穩(wěn)定,壽命長(zhǎng),長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)熱很小等特點(diǎn),因此它成為了分光測(cè)色儀器的首選光源,頻閃氙燈的工作脈沖Flash　T RG由上面的CPLD提供,并且和微處理器的一根IO控制線通過(guò)與非門(mén)來(lái)控制光源的開(kāi)關(guān)。同時(shí)考慮到干擾的因素,接入了一塊光耦然后再接入頻閃氙燈,起到隔離的作用。雖然脈沖頻閃氙燈具有以上的優(yōu)點(diǎn),但正是因?yàn)槠漕l閃的特性,將會(huì)導(dǎo)致前后幾次頻閃光的強(qiáng)度不一致,特別是長(zhǎng)期使用后,這種現(xiàn)象會(huì)逐漸突出,從而大大影響了測(cè)量精度。因此文中采用了一種雙光電路并行觸發(fā)工作的結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1。即有兩套結(jié)構(gòu)基本相同的光采集電路,編號(hào)帶1的稱(chēng)為主光電路,編號(hào)帶2的稱(chēng)為副光電路。它們SSPA的驅(qū)動(dòng)脈沖以及ADC的采樣脈沖統(tǒng)一由一塊CPLD供應(yīng),主光電路負(fù)責(zé)采集樣品的反射光強(qiáng)或透射光強(qiáng),而副光電路負(fù)責(zé)采集頻閃氙燈光源本身的光強(qiáng)。采集前由主光電路發(fā)出同步信號(hào)給副光電路,從硬件和軟件上保證了主副光電路驅(qū)動(dòng)脈沖的一致性和轉(zhuǎn)換時(shí)間的同步性,最后分別把采集的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)軟件,經(jīng)過(guò)相關(guān)處理后,可以有效降低光源前后幾次頻閃光強(qiáng)度不一致所帶來(lái)的測(cè)量誤差。

簡(jiǎn)單流程圖見(jiàn)圖

　性能評(píng)價(jià)

圖5展示了單個(gè)光譜儀的系統(tǒng)噪聲,X 軸為SSPA的像元數(shù),Y 軸為測(cè)得的噪聲(單位v ) ,現(xiàn)可以明顯地看到平均噪聲約為0. 00615v ,對(duì)于16bi t, 參考電壓4. 096V 的AD轉(zhuǎn)換器, 整個(gè)系統(tǒng)噪聲只占了0. 00615 /4. 096× 65536,即98個(gè)LSB,性能優(yōu)異。表1～ 表4分別為配有該雙光電路的分光測(cè)色儀所測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)10%、40%透射比樣品下測(cè)得的400～ 700nm波長(zhǎng)處的透射比、標(biāo)準(zhǔn)90%、75%反射比樣品下測(cè)得的400～ 700nm波長(zhǎng)處的反射比。測(cè)量用的標(biāo)準(zhǔn)樣品由北京計(jì)量院檢測(cè)提供。按照中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院光譜測(cè)色儀檢定規(guī)程( JJG867— 94)對(duì)一級(jí)儀器的標(biāo)準(zhǔn) 光譜透射比總不確定度

結(jié)束語(yǔ)

提出了一種分光測(cè)色儀中的雙光電路設(shè)計(jì),大大改善了光源本身引起的測(cè)量誤差,具有精度高,重復(fù)性好的特點(diǎn),為物體色的匹配提供了很好的分析檢測(cè)手段。如果在制造工藝、電路設(shè)計(jì)上再進(jìn)一步完善,搭配上配色軟件,在紡織、印染、涂料、油漆、油墨、皮革等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。