一種全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置。該裝置包含恒比定時(shí)模塊、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)接口模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。恒比定時(shí)模塊中的一組前沿甄別器和一組后沿甄別器分別鑒別出脈沖前沿和后沿上電壓幅度與峰值電壓幅度比為一定值的一系列點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊采用數(shù)字計(jì)數(shù)法結(jié)合數(shù)字延遲線插入法的技術(shù)將第一個(gè)時(shí)刻與其后各個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，得到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)接口模塊送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)接口模塊在一片現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)上實(shí)現(xiàn)。該裝置具有高精度、集成化、低成本等特點(diǎn)，可應(yīng)用于三維成像激光掃描儀中。
【專利說(shuō)明】一種全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種全波形數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)，特別是將脈沖波形信息轉(zhuǎn)換成脈沖幅度與脈沖峰值比為定值的一系列時(shí)刻之間的時(shí)間間隔數(shù)字量的方法。

二、【背景技術(shù)】
[0002]三維成像激光掃描儀作為一種非接觸式主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于城市三維模型重建、建筑工程、電網(wǎng)工程、公路隧道測(cè)量、森林檢測(cè)、文物保護(hù)等領(lǐng)域中。目前，三維成像激光掃描儀主要通過(guò)脈沖飛行時(shí)間測(cè)距法獲得被測(cè)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)全波形檢測(cè)，不但可以獲得激光發(fā)射信號(hào)在不同距離層次的回波信號(hào)，從而得到更高的點(diǎn)云密度，而且可以獲得回波的幅度和寬度信息，從而得到目標(biāo)表面特征，可以較大提高掃描儀的探測(cè)能力和場(chǎng)景適用性。
[0003]在三維成像激光掃描系統(tǒng)中，現(xiàn)有的全波形檢測(cè)，一般采用高速A/D采樣電路實(shí)現(xiàn)，工作原理參見(jiàn)圖1。在起始時(shí)間到停止時(shí)間內(nèi)，以固定的頻率，對(duì)輸入脈沖的幅度(電壓)進(jìn)行采樣保持，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再送入存儲(chǔ)器保存。由于激光回波脈沖的寬度一般在幾十到幾百納秒之間，根據(jù)取樣定理，為了能夠還原波形，A/D采樣電路的采樣頻率需要達(dá)到幾百兆赫茲甚至更高，所得的數(shù)據(jù)量很大，需要讀寫(xiě)速度快的大容量存儲(chǔ)器與之配套，因此往往電路復(fù)雜、體積大且造價(jià)高，限制了其在三維成像激光掃描儀中的應(yīng)用。所以研究低成本、高精度、集成化的全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。

三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置，該裝置具有高精度、集成化、低成本等特點(diǎn)，可應(yīng)用于三維成像激光掃描儀中。
[0005]本發(fā)明的具體解決方案如下
[0006]所述的全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置，包含一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊、一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，一個(gè)數(shù)據(jù)接口模塊和一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
[0007]所述的恒比定時(shí)甄別模塊包括N(N彡3)個(gè)觸發(fā)比各不相同的前沿甄別器和N個(gè)觸發(fā)比各不相同的后沿甄別器，分別鑒別出脈沖前后沿上電壓幅度與峰值電壓幅度的比值等于相應(yīng)甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一系列時(shí)刻:開(kāi)始時(shí)刻、停止時(shí)刻1、停止時(shí)刻2、……、停止時(shí)刻2N-1。
[0008]所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊具有一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器和2N-1個(gè)結(jié)構(gòu)相同的高精度測(cè)時(shí)通道。脈沖計(jì)數(shù)器記錄所測(cè)脈沖的序號(hào)。2N-1個(gè)測(cè)時(shí)通道分別測(cè)量上述開(kāi)始時(shí)刻與各個(gè)停止時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T1、T2、……、Τ2Ν-1。每個(gè)測(cè)時(shí)通道采用數(shù)字計(jì)數(shù)結(jié)合數(shù)字延遲線插入法進(jìn)行測(cè)量，用參考時(shí)鐘周期為T(mén)o的計(jì)數(shù)器記錄待測(cè)時(shí)間間隔Tn內(nèi)包含的整周期個(gè)數(shù)No，待測(cè)時(shí)間間隔前后兩個(gè)不足一個(gè)周期的時(shí)間間隔，分別送入均由一串延時(shí)都為τ的延時(shí)單元組成的兩個(gè)延遲插入電路進(jìn)行測(cè)量，得到這兩個(gè)不足一個(gè)周期的時(shí)間間隔包含單位時(shí)間τ的個(gè)數(shù)Na、Nb。時(shí)間間隔按照下式計(jì)算:
[0009]Tn = NoTo+(Na-Nb) τ
[0010]所述的數(shù)據(jù)接口模塊對(duì)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，此外提供可與計(jì)算機(jī)，DSP等外部處理器連接的數(shù)據(jù)接口。
[0011]所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)接口模塊在一塊可編程邏輯芯片上實(shí)現(xiàn)。
[0012]所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包含具有高速讀寫(xiě)端口的大容量存儲(chǔ)芯片。
[0013]應(yīng)用上述全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置獲取回波波形的方法，包括下列步驟:
[0014]步驟1、時(shí)刻鑒別:
[0015]一組N個(gè)觸發(fā)比遞增的前沿甄別器和一組N個(gè)觸發(fā)比遞減的后沿甄別器分別鑒別出脈沖前沿電壓幅度與峰值電壓幅度比值為相應(yīng)前沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和脈沖后沿電壓幅度與峰值電壓幅度比值為相應(yīng)后沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出表征這些時(shí)刻的信號(hào):一個(gè)開(kāi)始信號(hào)和一系列停止信號(hào):停止信號(hào)1、停止信號(hào)2、……、停止信號(hào) 2Ν-1。
[0016]步驟2、時(shí)間間隔測(cè)量:
[0017]將所述的開(kāi)始信號(hào)和所述的停止信號(hào)1、停止信號(hào)2、……停止信號(hào)2Ν-1分別送入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的2Ν-1個(gè)通道中，每個(gè)通道分別測(cè)量開(kāi)始信號(hào)上升沿和送入這個(gè)通道的停止信號(hào)上升沿之間的時(shí)間間隔，得到一系列時(shí)間間隔Τ1、Τ2、……、Τ2Ν-1的數(shù)字轉(zhuǎn)換值。同時(shí)，將開(kāi)始信號(hào)送入脈沖計(jì)數(shù)器中，脈沖計(jì)數(shù)器記錄所測(cè)量的脈沖的序號(hào)。
[0018]步驟3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
[0019]數(shù)據(jù)接口模塊將時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊測(cè)得的時(shí)間間隔、脈沖序號(hào)等數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整合，送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)提供外部處理器的數(shù)據(jù)接口。計(jì)算機(jī)、DSP等處理器可通過(guò)數(shù)據(jù)接口讀取上述測(cè)量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算處理，還原脈沖波形，獲得脈沖寬度。
[0020]與A/D采樣電路相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0021]第一，從脈沖前沿到后沿取一系列時(shí)刻，測(cè)量第一個(gè)時(shí)刻分別和其后各個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔的方法保證了每次測(cè)量脈沖形狀時(shí)，對(duì)脈沖的上升沿和下降沿分別有一定個(gè)數(shù)的采用點(diǎn)，相當(dāng)于脈沖寬度不同時(shí)，采樣樣頻率自動(dòng)調(diào)整，解決了工作頻率一定的A/D采樣電路由于取樣頻率不滿足取樣定理導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法恢復(fù)的問(wèn)題。
[0022]第二，由于恒比定時(shí)甄別模塊的核心是高速電壓比較器，且時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)接口模塊在一塊現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯芯片(FPGA)上實(shí)現(xiàn)，加上只需記錄脈沖上固定個(gè)數(shù)采樣點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，相比A/D采樣電路在一段時(shí)間內(nèi)采樣記錄，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量小，因此，裝置體積小，重量輕，集成度高，性價(jià)比高。
[0023]第三，由于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯芯片(FPGA)具有可重復(fù)編程的特性，因此時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的通道數(shù)可靈活變化，相應(yīng)增加或減少時(shí)刻甄別器后，裝置可以比較容易地增加或減少取樣點(diǎn)。此外，裝置還可以根據(jù)需求靈活得添加其它功能。

四、【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是已有A/D采樣電路工作原理
[0025]圖2是全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置的工作原理圖
[0026]圖3是全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖
[0027]圖4是本發(fā)明時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊一個(gè)通道的測(cè)量方法
[0028]圖5是時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊中一個(gè)通道的結(jié)構(gòu)框圖五、

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]參考圖2，圖2是全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置的工作原理圖，本實(shí)施例中N = 3，將脈沖形狀的測(cè)量轉(zhuǎn)換成五個(gè)時(shí)間間隔的測(cè)量，分別為脈沖前沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖前沿50%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔Tl，脈沖前沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖前沿90%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T2，脈沖前沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖后沿90%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T3，脈沖前沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖后沿50%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T4以及脈沖前沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖后沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T5。
[0031]參考圖3，圖3是全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置包含一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊1、一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2、一個(gè)數(shù)據(jù)接口模塊3和一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4。
[0032]所述的全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置的恒比定時(shí)甄別模塊I包括六個(gè)恒比定時(shí)甄別器:前沿甄別器11鑒別脈沖前沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出一個(gè)開(kāi)始信號(hào)；前沿甄別器12鑒別脈沖前沿50%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出停止信號(hào)I ;前沿甄別器13鑒別脈沖前沿90%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出停止信號(hào)2 ;后沿甄別器14鑒別脈沖后沿90%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出停止信號(hào)3 ;后沿甄別器15鑒別脈沖后沿50 %峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出停止信號(hào)4 ;后沿甄別器16鑒別脈沖后沿10%峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出停止信號(hào)5。
[0033]三個(gè)前沿甄別器11、12、13的結(jié)構(gòu)相同，由延時(shí)器111、衰減器112和比較器113組成，脈沖信號(hào)同時(shí)輸入到延時(shí)器和衰減器，延時(shí)后的信號(hào)輸入比較器的同相輸入端，衰減后的信號(hào)輸入比較器的反相輸入端，甄別器的觸發(fā)比等于衰減系數(shù)，調(diào)整前沿甄別器11、12、13的衰減器系數(shù)，使得觸發(fā)比分別為0.1、0.5、0.9時(shí)，輸出的開(kāi)始信號(hào)、停止信號(hào)1、停止信號(hào)2的上升沿分別表征輸入脈沖上升沿電壓幅度為峰值電壓幅度的10%、50%、90%處的時(shí)刻。三個(gè)后沿甄別器14、15、16的結(jié)構(gòu)相同，也由延時(shí)器111、衰減器112和比較器113組成，脈沖信號(hào)輸入到衰減器后再經(jīng)延時(shí)器輸入比較器的同相輸入端，信號(hào)同時(shí)輸入比較器的反相輸入端，甄別器的觸發(fā)比等于衰減系數(shù)，調(diào)整后沿甄別器14、15、16的衰減器系數(shù)，使得觸發(fā)比分別為0.9,0.5,0.1時(shí)，輸出的停止信號(hào)3、停止信號(hào)4、停止信號(hào)5的上升沿分別表征輸入脈沖下降沿電壓幅度為峰值電壓幅度的處的時(shí)刻。
[0034]所述的全波形數(shù)字化裝置的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2包含脈沖計(jì)數(shù)器20和通道21、通道22、通道23、通道24、通道25五個(gè)測(cè)時(shí)通道。脈沖計(jì)數(shù)器20對(duì)開(kāi)始信號(hào)計(jì)數(shù)，得到待測(cè)脈沖I字節(jié)的序號(hào)數(shù)據(jù)，通道21、通道22、通道23、通道24、通道25分別測(cè)量時(shí)間間隔Tl、T2、T3、T4、T5，每個(gè)通道獲得3字節(jié)數(shù)據(jù)。
[0035]所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2在一片現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)上實(shí)現(xiàn)，五個(gè)測(cè)時(shí)通道的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理相同。時(shí)間間隔測(cè)量原理如圖4，開(kāi)始信號(hào)上升沿和停止信號(hào)η (η =
1、2、3、4、5)上升沿之間的時(shí)間間隔Tn通過(guò)與參考時(shí)鐘信號(hào)比較分成三部分，采用計(jì)數(shù)法測(cè)量得到的整數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間間隔NoTo以及小于一個(gè)周期的時(shí)間間隔Ta和Tb，Ta和Tb分別送入完全相同的分辨率均為τ的兩個(gè)延遲線模塊中進(jìn)行延時(shí)插值計(jì)算，得到整數(shù)Na和Nb，這樣，時(shí)間間隔Tn可由下式算出:
[0036]Tn = NoTo+(Na-Nb) τ
[0037]其理論測(cè)量誤差為土 τ。
[0038]所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2的每個(gè)通道包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的預(yù)處理電路31、32，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的延遲插入電路41、42和一個(gè)8位計(jì)數(shù)器51。參考圖5，預(yù)處理電路31的兩個(gè)輸出端和預(yù)處理電路32的兩個(gè)輸出端分別接入延遲插入電路41的兩個(gè)輸入端和延遲插入電路12的兩個(gè)輸入端。預(yù)處理電路31、32中時(shí)鐘端與參考時(shí)鐘信號(hào)相連的觸發(fā)器的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)異或門(mén)后作為8位計(jì)數(shù)器51的使能信號(hào)。延遲插入電路41和42均由24個(gè)延遲單元411組成的延遲線和編碼電路412組成，每個(gè)延遲單元411包含一個(gè)延時(shí)為τ的延時(shí)緩沖器和一個(gè)低電平觸發(fā)器，低電平觸發(fā)器的輸出與編碼電路412的輸入相連。編碼電路112將延時(shí)線上24位的狀態(tài)輸出轉(zhuǎn)換為8位的二進(jìn)制數(shù)值。計(jì)數(shù)器51和延遲插入電路
11、42分別輸出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。
[0039]所述的數(shù)據(jù)接口模塊3對(duì)時(shí)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊2輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整合并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4中。同時(shí)可以向外部處理器輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行后續(xù)處理。根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的電壓峰值比和時(shí)刻間的時(shí)間間隔可還原脈沖形狀，脈寬定義為半高全寬時(shí)，可由式子Τ4-Τ1計(jì)算得到。
[0040]應(yīng)用上述全波形數(shù)字化裝置的波形測(cè)量方法如下:
[0041]步驟1:時(shí)刻鑒別
[0042]采用恒比定時(shí)甄別技術(shù)，獲得表征脈沖前沿電壓幅度為峰值電壓幅度10%、50%、90 %和脈沖后沿電壓幅度為峰值電壓幅度90 %、50 %、10 %的各點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的時(shí)刻:開(kāi)始信號(hào)和停止信號(hào)I?停止信號(hào)5，這樣將波形的測(cè)量轉(zhuǎn)換成開(kāi)始信號(hào)分別與停止信號(hào)I?停止信號(hào)5之間的時(shí)間間隔Tl?Τ5的測(cè)量。
[0043]步驟2:時(shí)間間隔測(cè)量
[0044]時(shí)間間隔Tl?Τ5分別送入通道21?通道25中進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)通道的測(cè)量過(guò)程為，開(kāi)始信號(hào)和停止信號(hào)η首先通過(guò)預(yù)處理電路31、32后，兩信號(hào)上升沿之間的時(shí)間間隔分成三部分:第一部分產(chǎn)生一個(gè)閘門(mén)信號(hào)，寬度等于開(kāi)始信號(hào)上升沿后參考時(shí)鐘第一個(gè)上升沿對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與停止信號(hào)η上升沿后參考時(shí)鐘第一個(gè)上升沿對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，送到計(jì)數(shù)器51的使能端，計(jì)數(shù)器51記錄閘門(mén)內(nèi)填充的參考時(shí)鐘個(gè)數(shù)No，若參考時(shí)鐘周期為T(mén)o，則這段時(shí)間間隔為NoTo ;第二部分為開(kāi)始信號(hào)上升沿與其后參考時(shí)鐘第一個(gè)上升沿之間的時(shí)間間隔，送入延遲插入電路41，用延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間τ進(jìn)行內(nèi)插，得到數(shù)值Na，從而得到這部分時(shí)間間隔等于Na τ ;第三部分為停止信號(hào)η上升沿與其后參考時(shí)鐘第一個(gè)上升沿之間的時(shí)間間隔，送入延遲插入電路42，用延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間τ進(jìn)行內(nèi)插，得到數(shù)值Nb，從而得到這部分時(shí)間間隔等于NbT。開(kāi)始信號(hào)上升沿與停止信號(hào)η上升沿之間的時(shí)間間隔可由前述的式子Tn = NoTo+(Na-Nb) τ計(jì)算得到。
[0045]步驟3:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
[0046]數(shù)據(jù)接口模塊3將時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2的每個(gè)通道得到計(jì)數(shù)器I字節(jié)、兩個(gè)延遲插入電路各I字節(jié)數(shù)據(jù)，五個(gè)通道共輸出15個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，加上脈沖計(jì)數(shù)器的I字節(jié)數(shù)據(jù)，共16字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包整合，送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4中，完成一個(gè)脈沖波形的數(shù)字化測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.一種全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置，其特征在于包含一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊、一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、一個(gè)數(shù)據(jù)接口模塊和一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。 所述的恒比定時(shí)甄別模塊包括N(N> 3)個(gè)觸發(fā)比各不相同的前沿甄別器和N個(gè)觸發(fā)比各不相同的后沿甄別器，分別用來(lái)甄別脈沖前后沿上電壓幅度與峰值電壓幅度比值為相應(yīng)甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的一系列時(shí)刻:開(kāi)始時(shí)刻、停止時(shí)刻1、停止時(shí)刻2、……、停止時(shí)刻2N-1。 所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊具有一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器和2N-1個(gè)測(cè)量通道。脈沖計(jì)數(shù)器記錄所測(cè)脈沖的序號(hào)，2N-1個(gè)測(cè)量通道分別測(cè)量上述一系列時(shí)刻中開(kāi)始時(shí)刻與其后各個(gè)停止時(shí)刻之間的時(shí)間間隔Tl、T2、……、T2N-1。每個(gè)測(cè)量通道包含兩個(gè)預(yù)處理電路、兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的延遲插入電路和一個(gè)計(jì)數(shù)器。 所述的數(shù)據(jù)接口模塊對(duì)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，此外提供可與計(jì)算機(jī)，DSP等外部處理器連接的數(shù)據(jù)接口。
2.如權(quán)利要求1所述的全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置，其特征在于所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)接口模塊是在一塊可編程邏輯芯片(FPGA)上實(shí)現(xiàn)的。
3.采用權(quán)利要求1所述的全波形數(shù)字化檢測(cè)裝置的測(cè)量方法，其特征在于，該方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下: 步驟一、時(shí)刻鑒別: 一組前沿甄別器和一組后沿甄別器分別鑒別出脈沖前沿電壓幅度與峰值電壓幅度比值為相應(yīng)前沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和脈沖后沿電壓幅度與峰值電壓幅度比值為相應(yīng)后沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出表征這些時(shí)刻的的信號(hào):開(kāi)始信號(hào)、停止信號(hào)1、停止信號(hào)2、……、停止信號(hào)2N-1。 步驟二、時(shí)間間隔測(cè)量: 將開(kāi)始信號(hào)與一系列停止信號(hào)之間的時(shí)間間隔分別送入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的2N-1個(gè)通道中進(jìn)行測(cè)量，采用數(shù)字計(jì)數(shù)法結(jié)合數(shù)字延遲線插入法，先用計(jì)數(shù)法記錄待測(cè)時(shí)間間隔Tn內(nèi)周期為T(mén)o的參考時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)No，待測(cè)時(shí)間間隔前后連個(gè)不足一個(gè)周期的時(shí)間間隔，送入分別由一串延時(shí)均為τ的延時(shí)單元組成的兩個(gè)延遲插入電路進(jìn)行測(cè)量，分別得到包含單位時(shí)間τ的個(gè)數(shù)Na、Nb，同時(shí)，脈沖計(jì)數(shù)器記錄待測(cè)脈沖的序號(hào)。 步驟三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊得到的時(shí)間間隔、脈沖序號(hào)等數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)接口模塊打包整合后，送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)接口模塊同時(shí)提供外部處理器的數(shù)據(jù)接口。計(jì)算機(jī)、DSP等處理器可通過(guò)數(shù)據(jù)接口讀取上述測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)下式計(jì)算時(shí)間的測(cè)量值:
Tn = NoTo+(Na-Nb) τ 再根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的電壓幅度和峰值電壓幅度的比值，還原脈沖形狀，獲得脈沖寬度。
【文檔編號(hào)】G01S7/48GK104251986SQ201310271976
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】雷琳君, 賀巖, 王彥昌 申請(qǐng)人:杭州中科天維科技有限公司