多通道微弱電流采集電路的檢測與改進(jìn).pdf

1、本文介紹了一種適用于激光粒度測試儀的多路微弱光電流采集電路的設(shè)計方案以及對采集電路進(jìn)行性能評價和故障診斷的設(shè)計方案。課題中完成的任務(wù)共分四部分:設(shè)計了一個128路光電流采集電路；制作了一個8路程控電流源；制作了一個采集電路性能評價系統(tǒng)；初步研制了一個采集電路故障診斷系統(tǒng)。程控電流源作為可控標(biāo)準(zhǔn)信號源向采集電路提供電流信號，采集電路完成采集后把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，性能評價系統(tǒng)完成采集電路各項指標(biāo)的評價。故障診斷系統(tǒng)通過軟件診斷和硬件診斷相結(jié)

2、合的方式快速準(zhǔn)確地定位故障點。 傳統(tǒng)的多路電流采集電路設(shè)計方案中，先進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，再模擬開關(guān)切換。I/V轉(zhuǎn)換中反饋電阻參數(shù)的分散性及信號放大處理電路中各通道的不均勻誤差對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響，基于上述原因，本文提出了電流直接切換方案。電流先通過模擬開關(guān)進(jìn)行切換，然后再利用精密I/V轉(zhuǎn)換電路，得到相應(yīng)的電壓，此方案可從原理上消除先I/V轉(zhuǎn)換后模擬開關(guān)切換帶來的分散性誤差。在試驗當(dāng)中發(fā)現(xiàn)模擬開關(guān)切換后電流有不穩(wěn)定現(xiàn)象。本文分

3、析了這一現(xiàn)象，并提出改進(jìn)的措施。在信號濾波環(huán)節(jié)，制作了一個50HZ的陷波器，用以濾出工頻電對采集電路的干擾。通過電平比較編碼電路與可編程放大器PGA203實現(xiàn)自動量程放大，提高了電路的動態(tài)范圍和處理速度。鑒于采集電路中控制端口多和實時性要求高的特點，主控器采用FPGA，型號為EP2C8Q208C8。FPGA完成采集電路前向通道中模擬開關(guān)、采樣保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制，在FPGA內(nèi)部采用滑動平均濾波算法對采集數(shù)據(jù)作數(shù)字濾波處理，利用RS2

4、32實現(xiàn)FPGA與PC機的通信。 八路程控電流源以AT89S51單片機為控制核心，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制壓控電流源實現(xiàn)電流的給定，同時利用信號調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集生成的電流信號，在單片機內(nèi)部使用PID數(shù)字調(diào)節(jié)器實現(xiàn)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，在此基礎(chǔ)上還實現(xiàn)了串行通信功能，可用PC機代替鍵盤對電流進(jìn)行設(shè)定與監(jiān)控。 采集電路性能評價系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢測方法及計量檢測標(biāo)準(zhǔn)，對采集數(shù)據(jù)的線性度、均勻一致性、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行了測