大動(dòng)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(cè)量納米顆粒粒徑及其分布的主要方法，在納米顆粒測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的核心裝置，通過(guò)對(duì)光子脈沖計(jì)數(shù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)自相關(guān)運(yùn)算得到散射光強(qiáng)的時(shí)間自相關(guān)函數(shù)。目前國(guó)內(nèi)使用的光子相關(guān)器多為進(jìn)口產(chǎn)品，因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大動(dòng)態(tài)范圍高速光子相關(guān)器具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
　　本文圍繞擴(kuò)大相關(guān)器動(dòng)態(tài)范圍、提高相關(guān)器運(yùn)算速度及相關(guān)函數(shù)的歸一化精度，進(jìn)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(xiàn)性光子相關(guān)器、比例光子相關(guān)器及多采樣時(shí)間光子相關(guān)器的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)。
　　(2)采用FPGA設(shè)計(jì)了雙光子計(jì)數(shù)器對(duì)光子脈沖信號(hào)進(jìn)行交替計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫隙光子計(jì)數(shù)；利用DSP片內(nèi)大容量存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)了環(huán)形移位寄存器，實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍比例相關(guān)器；PC機(jī)和DSP之間通過(guò)USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞；提出了比例相關(guān)器中通道延遲時(shí)間的計(jì)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(shí)間相關(guān)器的工作原理

3、；采用FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高速多采樣時(shí)間相關(guān)器，其核心模塊為相關(guān)運(yùn)算模塊，由移位寄存器、乘法器、累加器以及數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換器組成，各部分均采用Verilog語(yǔ)言編程實(shí)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(kuò)展了動(dòng)態(tài)范圍，基于FPGA設(shè)計(jì)了相關(guān)器的高速相關(guān)運(yùn)算通道，提高了相關(guān)運(yùn)算速度，采用DSP+FPGA相結(jié)合的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍高速光子相關(guān)器。
　　(5)采用本文設(shè)計(jì)的大動(dòng)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(cè)量裝置，在25℃溫度下，分別對(duì)60、150、200、300及450nm五種標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯顆粒進(jìn)行了實(shí)測(cè)。測(cè)量結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的相關(guān)器能夠提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇合適的采樣間隔和動(dòng)態(tài)范圍可使測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差小于5％，重復(fù)性誤差小于3%，完全滿(mǎn)足納米顆粒測(cè)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(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)范圍高速