大動態(tài)范圍高速光子相關(guān)器研究.pdf

1、光子相關(guān)光譜技術(shù)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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。光子相關(guān)器是光子相關(guān)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(guān)運算得到散射光強的時間自相關(guān)函數(shù)。目前國內(nèi)使用的光子相關(guān)器多為進口產(chǎn)品，因此，設(shè)計開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大動態(tài)范圍高速光子相關(guān)器具有重要的經(jīng)濟和社會效益。
　　本文圍繞擴大相關(guān)器動態(tài)范圍、提高相關(guān)器運算速度及相關(guān)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(guān)光譜理論，研究了線性光子相關(guān)器、比例光子相關(guān)器及多采樣時間光子相關(guān)器的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點。
　　(2)采用FPGA設(shè)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(shè)計了環(huán)形移位寄存器，實現(xiàn)了大動態(tài)范圍比例相關(guān)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(guān)器中通道延遲時間的計算公式；分析了相關(guān)函數(shù)的歸一化方法。
　　(3)分析了多采樣時間相關(guān)器的工作原理

3、；采用FPGA設(shè)計實現(xiàn)了高速多采樣時間相關(guān)器，其核心模塊為相關(guān)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(zhuǎn)換器組成，各部分均采用Verilog語言編程實現(xiàn)；研究了相關(guān)函數(shù)的三角平均影響及相關(guān)函數(shù)的歸一化方法。
　　(4)基于DSP的比例相關(guān)器擴展了動態(tài)范圍，基于FPGA設(shè)計了相關(guān)器的高速相關(guān)運算通道，提高了相關(guān)運算速度，采用DSP+FPGA相結(jié)合的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了大動態(tài)范圍高速光子相關(guān)器。
　　(5)采用本文設(shè)計的大動態(tài)范

4、圍高速光子相關(guān)器組成光子相關(guān)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(jié)果表明，本文設(shè)計的相關(guān)器能夠提高測量結(jié)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(jié)果的相對誤差小于5％，重復(fù)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(guān)光譜理論、光子相關(guān)器結(jié)構(gòu)和相關(guān)函數(shù)的歸一化方法基礎(chǔ)上，采用DSP+FPGA相結(jié)合的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了大動態(tài)范圍高速