S3921-256Q输出信号调理设计

由于S3921-256Q输出的电压信号是一种正值的负向矩形波,其信号幅值为1. 2V ,因此信号需要经过调理,驱动,放大之后才能送入模数转换器中。现采用了三级放大的电路,见图3。前级为增益为2的同相放大,第2级为增益为1的差动放大,其同相端处设置了一个直流偏置电平Vx。此处,原本负向的波形被反向,并被偏置,其传输函数为: Vb= 2Vx - Va ,接入R ,C 组成的隔直电路后再接入增益为1. 82的第3级同相放大器中,使得调理后信号的幅度接近于下一级模数转换器的Vref。为了防止隔直电容的一端在另一端变化时引起的波动,因此设置了一非常微弱的箝位电平通过箝位脉冲电子开关接入到第3级的同相端,该箝位脉冲PH　Clamp由上面的CPLD产生, ADC进行采集时,该电子开关关闭。

后端ADC和微处理器设计以及双光电路的同步

由于脉冲频闪氙灯具有偏紫外特性好,光强大,长期使用稳定,寿命长,长时间工作发热很小等特点,因此它成为了分光测色仪器的首选光源,频闪氙灯的工作脉冲Flash　T RG由上面的CPLD提供,并且和微处理器的一根IO控制线通过与非门来控制光源的开关。同时考虑到干扰的因素,接入了一块光耦然后再接入频闪氙灯,起到隔离的作用。虽然脉冲频闪氙灯具有以上的优点,但正是因为其频闪的特性,将会导致前后几次频闪光的强度不一致,特别是长期使用后,这种现象会逐渐突出,从而大大影响了测量精度。因此文中采用了一种双光电路并行触发工作的结构,见图1。即有两套结构基本相同的光采集电路,编号带1的称为主光电路,编号带2的称为副光电路。它们SSPA的驱动脉冲以及ADC的采样脉冲统一由一块CPLD供应,主光电路负责采集样品的反射光强或透射光强,而副光电路负责采集频闪氙灯光源本身的光强。采集前由主光电路发出同步信号给副光电路,从硬件和软件上保证了主副光电路驱动脉冲的一致性和转换时间的同步性,最后分别把采集的数据传给上位机软件,经过相关处理后,可以有效降低光源前后几次频闪光强度不一致所带来的测量误差。

简单流程图见图

　性能评价

图5展示了单个光谱仪的系统噪声,X 轴为SSPA的像元数,Y 轴为测得的噪声(单位v ) ,现可以明显地看到平均噪声约为0. 00615v ,对于16bi t, 参考电压4. 096V 的AD转换器, 整个系统噪声只占了0. 00615 /4. 096× 65536,即98个LSB,性能优异。表1～ 表4分别为配有该双光电路的分光测色仪所测量的标准10%、40%透射比样品下测得的400～ 700nm波长处的透射比、标准90%、75%反射比样品下测得的400～ 700nm波长处的反射比。测量用的标准样品由北京计量院检测提供。按照中国计量科学研究院光谱测色仪检定规程( JJG867— 94)对一级仪器的标准 光谱透射比总不确定度

结束语

提出了一种分光测色仪中的双光电路设计,大大改善了光源本身引起的测量误差,具有精度高,重复性好的特点,为物体色的匹配提供了很好的分析检测手段。如果在制造工艺、电路设计上再进一步完善,搭配上配色软件,在纺织、印染、涂料、油漆、油墨、皮革等行业有着广泛的应用前景。