大動態(tài)范圍高速光子相關器研究.pdf

1、光子相關光譜技術作為測量納米顆粒粒徑及其分布的主要方法，在納米顆粒測量領域得到了廣泛應用。光子相關器是光子相關光譜測量系統(tǒng)的核心裝置，通過對光子脈沖計數(shù)，并進行實時自相關運算得到散射光強的時間自相關函數(shù)。目前國內(nèi)使用的光子相關器多為進口產(chǎn)品，因此，設計開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的大動態(tài)范圍高速光子相關器具有重要的經(jīng)濟和社會效益。
　　本文圍繞擴大相關器動態(tài)范圍、提高相關器運算速度及相關函數(shù)的歸一化精度，進行了以下研究工作：
　　(

2、1)基于光子相關光譜理論，研究了線性光子相關器、比例光子相關器及多采樣時間光子相關器的結構和優(yōu)缺點。
　　(2)采用FPGA設計了雙光子計數(shù)器對光子脈沖信號進行交替計數(shù)，實現(xiàn)了無縫隙光子計數(shù)；利用DSP片內(nèi)大容量存儲器設計了環(huán)形移位寄存器，實現(xiàn)了大動態(tài)范圍比例相關器；PC機和DSP之間通過USB接口進行數(shù)據(jù)傳遞；提出了比例相關器中通道延遲時間的計算公式；分析了相關函數(shù)的歸一化方法。
　　(3)分析了多采樣時間相關器的工作原理

3、；采用FPGA設計實現(xiàn)了高速多采樣時間相關器，其核心模塊為相關運算模塊，由移位寄存器、乘法器、累加器以及數(shù)據(jù)類型轉換器組成，各部分均采用Verilog語言編程實現(xiàn)；研究了相關函數(shù)的三角平均影響及相關函數(shù)的歸一化方法。
　　(4)基于DSP的比例相關器擴展了動態(tài)范圍，基于FPGA設計了相關器的高速相關運算通道，提高了相關運算速度，采用DSP+FPGA相結合的結構實現(xiàn)了大動態(tài)范圍高速光子相關器。
　　(5)采用本文設計的大動態(tài)范

4、圍高速光子相關器組成光子相關光譜顆粒測量裝置，在25℃溫度下，分別對60、150、200、300及450nm五種標準聚苯乙烯顆粒進行了實測。測量結果表明，本文設計的相關器能夠提高測量結果的準確性，選擇合適的采樣間隔和動態(tài)范圍可使測量結果的相對誤差小于5％，重復性誤差小于3%，完全滿足納米顆粒測量的需要。
　　本文在研究光子相關光譜理論、光子相關器結構和相關函數(shù)的歸一化方法基礎上，采用DSP+FPGA相結合的結構實現(xiàn)了大動態(tài)范圍高速