多通道時(shí)延光子相關(guān)器研究.pdf

1、光子相關(guān)技術(shù)是以光子統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)、多學(xué)科交叉的一門技術(shù)，作為納米顆粒粒徑及其分布的主要測(cè)量方法，在顆粒測(cè)量領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。光子相關(guān)器是實(shí)現(xiàn)光子相關(guān)技術(shù)的核心裝置，用于對(duì)散射光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)相關(guān)運(yùn)算，其性能的優(yōu)劣決定了光子相關(guān)測(cè)量的準(zhǔn)確性。目前國(guó)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)光子相關(guān)器的產(chǎn)品化生產(chǎn)，隨著納米顆粒測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)需求的日趨增加，研究和開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光子相關(guān)器產(chǎn)品具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 本文工作圍繞擴(kuò)大相關(guān)器動(dòng)態(tài)范圍及提高光子相

2、關(guān)運(yùn)算精度展開(kāi)，主要內(nèi)容包括： 一、基于光子相關(guān)理論，研究了線性、指數(shù)和多通道時(shí)延(multi tau)光子相關(guān)器結(jié)構(gòu)，分析了三種相關(guān)器結(jié)構(gòu)下光子相關(guān)器動(dòng)態(tài)范圍及分辨率問(wèn)題。 二、提出了每個(gè)線性相關(guān)通道組共享一個(gè)監(jiān)視通道的簡(jiǎn)化對(duì)稱歸-化方法，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)歸-化、對(duì)稱歸-化和簡(jiǎn)化對(duì)稱歸-化的估計(jì)偏差進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)對(duì)比。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，簡(jiǎn)化對(duì)稱歸-化方法，只需增加少量的附加通道資源，即可有效解決多通道時(shí)延光子相關(guān)結(jié)

3、構(gòu)中歸-化光強(qiáng)自相關(guān)函數(shù)估計(jì)偏差隨延遲時(shí)間增加而增大問(wèn)題。 三、為降低相關(guān)器硬件成本以及縮短相關(guān)器最小采樣時(shí)間以提高相關(guān)函數(shù)曲線分辨率，研究了clip相關(guān)技術(shù)，并對(duì)clip相關(guān)器與full相關(guān)器運(yùn)算速度和精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。 四、為提高光子相關(guān)器應(yīng)用的靈活性，提出了光子相關(guān)器動(dòng)態(tài)范圍的自適應(yīng)調(diào)整方法，通過(guò)初始采樣時(shí)間的選擇和相關(guān)通道采樣時(shí)間的再分配，可在測(cè)量過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整相關(guān)器動(dòng)態(tài)范圍，使其與待測(cè)相關(guān)函數(shù)曲線衰減區(qū)間相匹

4、配，從而保證在任意顆粒系的測(cè)量中都能得到分辨率最佳的自相關(guān)函數(shù)曲線。 五、基于FPGA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了256通道的多通道時(shí)延clip相關(guān)器，以及256通道的多通道時(shí)延full相關(guān)器。所實(shí)現(xiàn)的多通道時(shí)延clip相關(guān)器和多通道時(shí)延full相關(guān)器的最小采樣時(shí)間分別達(dá)到28ns和36ns。 近年來(lái)，國(guó)外相關(guān)的儀器制造商相繼推出了一批性能優(yōu)良的商用光子相關(guān)器，并在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)形成了壟斷局面。盡快實(shí)現(xiàn)高性能光子相關(guān)器的國(guó)產(chǎn)化，降低相應(yīng)測(cè)量?jī)x