专利名称：多通道热释电能量平衡测量系统及能量测量方法
技术领域：
本发明涉及热释电能量平衡測量装置及能量測量方法，具体指多通道热释电能量平衡測量系统及能量计算方法。
背景技术：
在研究高能激光束与等离子体相互作用的试验中，准确测量注入激光束的能量和最终输出能量的平衡性是实现多路高能激光器功率精密诊断的基础。当前能量平衡測量中多数采用高灵敏度的热释电探測器，探测器是利用晶体的自极化效应工作的，当探测器灵敏面受到激光照射时，会使其晶片的温度发生变化产生热电效应。目前，用于热释电能量平衡测量的系统是由固定级增益放大器和固定带宽滤波器构成。在多通道热释电能量平衡测量中，需要根据热释电型探测器输出信号的频带和幅值范围，动态调整放大器増益和滤波器带宽，井能有效抑制环境中杂散光的干扰。现有的用于热释电能量平衡测量的装置使用时存在如下不足
首先，由于现有測量系统结构的限制，在调整放大器増益和滤波器带宽时需要拆卸设备，通过手动配置开关来实现，操作和使用非常不便；其次，由于多通道热释电能量平衡测量中，需要多次对放大器増益和滤波器带宽进行调整，则需要多次对设备进行拆装，这便给设备的可靠性和可维护性造成了困难；第三，现有的处理系统中放大器和滤波器的结构上存在复杂的电路，増益和带宽的可调整级数较少。第四，现有的測量系统只能一定程度上抑制有用信号频带外的噪声，而对环境中杂散光的干扰无能为力。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明解决的技术问题是实现在线调整放大器増益和带宽滤波器带宽，同时增加了可调级数，操作方便。解决该技术问题，本发明是这样实现的一种多通道热释电能量平衡測量系统，其特征在干包括热释电型探測器(1010)、单端至差分转换器(1001)、前置可编程增益放大器(1002)、后置可编程增益放大器(1005)、带通滤波器(1011)、主通道放大器(1007)、冗余通道放大器(1008)、信号采集及控制模块(1009)和増益及带通滤波器带宽控制模块(1006)；
所述热释电型探測器(1010)、单端至差分转换器(1001)、前置可编程增益放大器(1002)、带通滤波器(1011 )、后置可编程增益放大器(1005)、主通道放大器(1007)、信号采集及控制模块(1009)和增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)依次连接；
所述冗余通道放大器(1008)连接于后置可编程增益放大器(1005)和信号采集及控制模块(1009)之间；
所述增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)的输出端分别与前置可编程增益放大器(1002)的控制端、带通滤波器(1011)的控制端和后置可编程增益放大器(1005)的控制端隔离连接；
所述信号采集及控制模块(1009)采用自适应频谱分析方法对采集的信号进行分析和处理，并将处理结果传输给增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)，所述增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)将该处理结果下载到前置可编程增益放大器(1002)和后置可编程増益放大器(1005)及带通滤波器(1011)。进ー步，所述带通滤波器(1011)由依次连接的可编程开关电容高通滤波器
(1003)和可编程开关电容低通滤波器(1004)构成； 所述可编程开关电容高通滤波器(1003)的输入端与前置可编程增益放大器(1002)输出端连接，可编程开关电容高通滤波器(1003)的控制端与増益及带通滤波器带宽控制模块
(1006)的输出端隔离连接；
所述可编程开关电容低通滤波器(1004)的输出端与后置可编程增益放大器(1005)的输入端连接，可编程开关电容低通滤波器(1004)的控制端与増益及带通滤波器带宽控制模块(1006)的输出端隔离连接。本发明多通道热释电能量平衡測量系统的测量方法，其特征在干包括如下步骤
a.采用权利要求I所述的多通道热释电能量平衡測量系统进行信号采集；
al.所述多通道热释电能量平衡測量系统自适应调整前置可编程增益放大器(1002)和后置可编程增益放大器(1005)的増益及带通滤波器(1011)的带宽，调整完毕后，増益及带通滤波器带宽控制模块(1006)向信号采集及控制模块(1009)发出触发信号；
a2.所述信号采集及控制模块(1009)接收到触发信号后，开始采集主通道放大器
(1007)与冗余通道放大器(1008)传输的信号，并对采集的信号进行储存；
b.所述信号采集及控制模块(1009)对采集的信号进行能量计算，具体步骤如下
bl.热释电探测器测量得到个观测信号ろ，I = Xl……N ；
b2.观测信号ろ通过式(2)进行球化预处理得到观测向量S , I = 1,2......N, Zi具有
零均值单位方差，
Zi =VA J-(I)
式(I)中，V为球化矩阵，通过式(2)计算获得
Vニ D-172Ar(2)
式(2)中，A为以协方差矩阵Cx的单位范数特征向量为列的矩阵，D为以协方差矩阵
Cx的特征值为对角元素的对角矩阵；协方差矩阵Cx为对观测信号ろ和ゲ的转置求期望得到，即通过式(3)计算获得；
Cx ニE{ス.λ./1 }(3)
b3.观测向量ご通过式(4)做相位校正，校正后的观测向量为ろSz=: 1，2......N,
zl(i) + i:\x …,N(4)式(4)中t；表示第纟个观测向量相对于第一个观测向量的延迟时间，纟为采样时刻；
b4.按逐次提取独立分量的方式，依次得到向量ろ的独立成分，进而得到ろ的所有独立信号源，具体如下
b401.选择要估计的独立成分的个数 ，当前需要处理第7个观测向量，置；
b402.选择具有单位范数的初始化向量作为分离向量·
b403.根据式(5)至式(7)对分离向量Wii进行更新得到w;:
权利要求
1.多通道热释电能量平衡测量系统，其特征在于包括热释电型探测器(1010)、单端至差分转换器(1001)、前置可编程增益放大器(1002)、后置可编程增益放大器(1005)、带通滤波器(1011)、主通道放大器(1007)、冗余通道放大器(1008)、信号采集及控制模块(1009)和增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)； 所述热释电型探测器(1010)、单端至差分转换器(1001)、前置可编程增益放大器(1002)、带通滤波器(1011)、后置可编程增益放大器(1005)、主通道放大器(1007)、信号采集及控制模块(1009)和增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)依次连接； 所述冗余通道放大器(1008)连接于后置可编程增益放大器(1005)和信号采集及控制模块(1009)之间； 所述增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)的输出端分别与前置可编程增益放大器(1002)的控制端、带通滤波器(1011)的控制端和后置可编程增益放大器(1005)的控制端隔离连接； 所述信号采集及控制模块(1009)采用自适应频谱分析方法对采集的信号进行分析和处理，并将处理结果传输给增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)，所述增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)将该处理结果下载到前置可编程增益放大器(1002)和后置可编程增益放大器(1005)及带通滤波器(1011)。
2.根据权利要求I所述的多通道热释电能量平衡测量系统，其特征在于所述带通滤波器(1011)由依次连接的可编程开关电容高通滤波器(1003 )和可编程开关电容低通滤波器(1004)构成； 所述可编程开关电容高通滤波器(1003)的输入端与前置可编程增益放大器(1002)输出端连接，可编程开关电容高通滤波器(1003)的控制端与增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)的输出端隔离连接； 所述可编程开关电容低通滤波器(1004)的输出端与后置可编程增益放大器(1005)的输入端连接，可编程开关电容低通滤波器(1004)的控制端与增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)的输出端隔离连接。
3.多通道热释电能量平衡测量系统的测量方法，其特征在于包括如下步骤 a.采用权利要求I所述的多通道热释电能量平衡测量系统进行信号采集； al.所述多通道热释电能量平衡测量系统自适应调整前置可编程增益放大器(1002)和后置可编程增益放大器(1005)的增益及带通滤波器(1011)的带宽，调整完毕后，增益及带通滤波器带宽控制模块(1006)向信号采集及控制模块(1009)发出触发信号； a2.所述信号采集及控制模块(1009)接收到触发信号后，开始采集主通道放大器(1007)与冗余通道放大器(1008)传输的信号，并对采集的信号进行储存； b.所述信号采集及控制模块(1009)对采集的信号进行能量计算，具体步骤如下 bl.热释电探测器测量得到个观测信号巧，I = 1,2......N ; b2.观测信号-通过式(2)进行球化预处理得到观测向量召，I = 1,2......N,Zt具有零均值单位方差，Z2=VA^.(I)式(I)中，V为球化矩阵，通过式(2 )计算获得
全文摘要
本发明涉及热释电能量平衡测量装置及能量测量方法，具体指多通道热释电能量平衡测量系统及能量计算方法，包括热释电型探测器、单端至差分转换器、前置可编程增益放大器、后置可编程增益放大器、带通滤波器、主通道放大器、冗余通道放大器、信号采集及控制模块和增益及带通滤波器带宽控制模块，信号采集及控制模块采用自适应频谱分析方法对采集的信号进行分析和处理，并将处理结果传输给增益及带通滤波器带宽控制模块，增益及带通滤波器带宽控制模块将该处理结果下载到前置可编程增益放大器和后置可编程增益放大器及带通滤波器；实现在线调整各放大器的增益及带通滤波器的带宽，使用方便。
文档编号G01J5/10GK102680110SQ20121017082
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者凌睿, 屈剑锋, 李朝光, 柴毅, 王坤朋, 苏春晓, 蒋小华 申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 重庆大学