申请/专利权人：天津大学

申请日：2022-06-15

公开（公告）日：2022-08-09

公开（公告）号：CN114878551A

主分类号：G01N21/65

分类号：G01N21/65

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2023.09.08#实质审查的生效;2022.08.09#公开

摘要：本发明公开了一种基于FPGA的FT‑Raman光谱仪中干涉光信号的等OPD采样方法。该采样方法可以根据用户的需求，进行不同速率的采样，在准确的检测干涉图所含频率信息的同时，应用低速AD转换器，实现对干涉信号采样，减少FT‑Raman光谱仪中干涉光信号的采集时间和光谱计算时间，具有快速实时、价格低廉、采样方式多样化的特点。

主权项：1.一种基于FPGA的FT-Raman光谱仪中干涉信号的等OPD采集方法，其特征在于包括调理电路模块，ADC模块，比较器模块，FIFO模块，控制模块，滤毛刺模块，MAX21模块，FFT模块，参考时钟模块和上位机，其中比较器模块，FIFO模块，控制模块，滤毛刺模块，MAX21模块，FFT模块和参考时钟模块在FPGA中实现，其中：调理电路模块对探测器采集到的参比光干涉信号和拉曼散射光干涉光信号进行放大、缓冲，使其满足后面的AD转换器的输入要求；ADC_1模块用于对输入的参比光干涉信号进行采集，其位宽为N，将采集到的参比光干涉信号得到的数据序列ADC_DATA1同时发送至比较器模块和FIFO模块；ADC_2模块用于对拉曼散射光干涉信号进行采集，其位宽为N，将采集到的拉曼散射光干涉信号得到的数据序列ADC_DATA2发送至FIFO模块；比较器模块用于对参比光干涉信号进行过阈值比较，得到与输入信号同频同相的矩形波信号CARD_CNV，并将矩形波信号CARD_CNV输出至滤毛刺模块。该阈值由系统启动自检获得，具体流程为：待检测仪器开机稳定一段时间后，ADC_1模块多次采集参比光干涉信号的光强，记录其光强最大值和最小值，并取其差值一半的多次平均值，作为参比光干涉信号阈值比较的阈值；FIFO模块用于对ADC模块采集到的参比光干涉信号和拉曼散射光干涉信号两种信号序列进行缓存，FIFO模块的位宽为2N，将参比光干涉信号存储在低N位，拉曼散射光干涉信号存储在高N位。当用户选择2x采样时，FIFO模块工作在边写边读状态下，每当ADC_2模块采集一次拉曼散射光干涉信号将其存储在FIFO模块内，由控制模块发出RD_EN信号和WR_EN信号，将该值读入FFT模块，同时将下一次ADC_2模块采集的信号存储进FIFO模块；当用户选择8x采样时，FIFO模块低N位存储一个周期的参比光干涉信号，高N位存储对应位置的拉曼散射光干涉信号，当FIFO模块存满后，向控制模块发送一个WR_FULL信号，控制模块接收到WR_FULL信号后向FIFO模块发送RD_EN信号，将存储在FIFO模块中的数据读入FFT模块，读取的方式为：当FIFO模块低N位的参比光干涉信号等于预先获取的值时，将对应位置的高N位拉曼散射光干涉信号读入FFT模块；控制模块用于控制FIFO模块的读写、接收上位机的指令，发送控制信号控制MAX21模块为ADC_2模块选择适当的驱动时钟源；同时根据上位机的输入来输出一个控制信号给滤毛刺模块来决定滤除毛刺的宽度；滤毛刺模块用于对比较器模块输出的矩形波信号CARD_CNV中的毛刺滤除，得到的滤除毛刺后的矩形波信号CARD_FREQ发送至MAX21模块和控制模块；MAX21模块用于根据控制模块输出的控制指令来从参考时钟模块和滤毛刺模块选择一个作为ADC_2模块的驱动时钟源，来采集拉曼散射光干涉信号；FFT模块用于对信号进行傅里叶变换，从而形成光谱图。具体方法为：将接收到的采集数据序列ADC_DATA2进行FFT运算，记录每一点的频谱包括实部Re[k]和虚部Im[k]两部分，k＝1，2，...，N，采用公式计算得到N点的频率能量X[k]，然后输出N点的频谱序列至上位机；参考时钟模块用于提供一个参考时钟clk_fre作为ADC_2模块采集拉曼散射光干涉信号的驱动时钟源，同时提供一个参考时钟clk_ref给滤毛刺模块，作为滤除毛刺成分的时钟源；上位机接收到从FFT模块输出的N点的频谱序列后，在屏幕上实时显示出得到的拉曼光谱结果。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 天津大学 一种基于FPGA的FT-Raman光谱仪中信号的等OPD采集方法

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