简析采集X光信号采集模块设计与实现

论文导读：
摘 要：本文设计了一种X光信号采集模块。在给出了信号采集模块设计方案基础上，设计了信号采集模块的硬件电路，包括信号调理电路、A/D转换电路，制作了电路板，并进行了实验与调试。本文所设计的信号采集模块能够实现X光信号的高速采集功能。该高速X光信号采集模块能够用于物流中货物和生产线中高速运行产品的无损检测，具有较高的应用价值。
关键字：信号检测；X光信号；信号采集；信号调理；A/D转换
：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.201

3.08.027

本文著录格式：邓月.X光信号采集模块的设计与实现[J].软件，2013，34（8）：88-91
0引言
随着X光在工业用无损检测系统的应用越来越广泛，对X光无损检测系统信号采集的精度要求也越来越高。面对这些技术问题，所遇到的挑战也越来越大。传统的对X光信号采集处理的方式为，X光信号经过光电转换模块转换为电信号后，经放大直接进行模数转换输出数字信号，这种电路结构简单且易于实现。但其输出的信号精度和稳定度都比较低，效果差。因此有必要设计一种精度高、稳定度比较好的采集模块来适应技术发展的需要。
本文设计的X光信号采集模块，采用4路X光信号采集，信号经过电压跟随、差分转单端和减法电路处理后，再进行模数转换输出数字信号。这种设计使信号的精度和稳定度都摘自：毕业论文摘要范文www.7ctime.com
比较高，满足了工业用X光信号采集的需求。
1总体设计方案
信号采集模块由信号调理电路1-

4、A/D转换电路1-基准参考电压电路和电源电路等组成，其组成框图如图1所示。

信号采集模块将接收到每路光电转换模的差分信号，经信号调理电路转换为适合于A/D转换电路的单端电压信号送给A/D转换电路；该电压信号经A/D转换电路转换为数字信号后送给信号处理传输模块。
2 信号采集模块电路设计

2.1信号调理电路设计

信号调理模块是由电压跟随电路1-4、差分转单端电路1-4和减法电路1-4等组成，其组成框图如图2所示。光电转换模块输出的差分信号经过电压跟随电路隔离后，进入差分转单端电路变换成单端信号；单端信号经过减法电路调整信号幅值，使其幅值限定在A/D转换器有效采集电压范围之内输入到A/D转换电路[3] [4]。

2.11电压跟随电路

电压跟随电路是输出与输入电压相同，电压跟随电路的电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随电路的显著特点就是，高输入阻抗、低输出阻抗，一般来说，输入阻抗可以很容易达到几兆欧姆。输出阻抗可以低到几欧姆，甚至更低。
电压跟随电路如图3所示，电路引入了反馈系数为1的电压串联负反馈，使得VIDEO1- = VIDEO1-_P。

2.12差分转单端电路

差分转单端电路只放大两个电压之差，能够有效的抑制共模信号，其原理图如图4所示。
差分转单端电路输出电压计算公式为
因为差分信号为等大反向的两个同源信号所以对于任意时刻都有
由公式

1、2可得输出电压为

差分转单端电路的电压输出为
因此应使R2与R1的为1比2才能满足公式3-4的要求，本设计选择为
根据电阻并联公式可得R2= R1使得公式4成立。
本设计的差分转单端电路如图5所示。
2.

1.3 减法电路

在本设计中减法电路的功能是将信号调整到A/D转换器允许模拟输入电压范围之内[5]。减法器原理图如图6所示。本设计所选ADC芯片其参考电压为4V，差分转单端电路输出的X光探测器的有效信号范围是0～

3.5V，因此应通过减法电路将有效信号范围调整到0～4V。

令运算放大器的反相输入端电压为V-、同向输入端电压为V+，则根据运算放大器的“虚短”和“虚断”的计算原理可得
因此，本设计的减法电路选择R1=R4=1.13K、R2=R3=1K则输出电压为0～

3.955V满足A/D转换器模拟信号输入范围，其电路如图7所示。

2.2 A/D转换电路设计

A/D转换电路共设计四个通道分别由4片ADS8422组成成。每个通道接收对应调理电路的单端电压信号，在控制信号的控制下将电压信号转换为数字信号并通过16bit宽度的数据总线传输给信号处理传输模块[6] [7]。调理电路输出的单端信号通过6引脚输入至ADS8422中进行转换，通过ADB0论文导读：研究中做进一步的改进。基于X光的信号采集模块已经得到了广泛应用，其性能在近年来一直被不断改善和提升。本信号采集模块以其优越的性能和卓越的表现将被更加广泛的应用于其它高速信号采集系统，从而使其产生更大的经济效益和社会价值。
～ADB15输出16bit位宽的数字信号。ADS8422功能框图如图8所示。
3 实验结果

3.1电压跟随及差分转单端电路实验结果

信号发生器产生一个方波信号，经过如图9所示电路后产生一对差分信号，如图10所示，将此信号输入到电压跟随电路的输入端；用示波器分别检测电压跟随电路输出、差分转单端输出端波形。测得波形如图1

1、12所示。

3.2 减法电路实验结果

信号发生器产生一个方波信号输入到减法电路的输入端；用示波器检测减法电路的输出端波形。测得波形如图13所示。
4 结论
本课题提出了X光信号采集模块的设计方案，并设计了信号采集模块的硬件电路，制作出了电路板实物进行了测试并给出了测试结果。
在X光探测器的信号采集模块的调试过程中，发现一些不足和有待改进之处，我将在以后的研究中做进一步的改进。
基于X光的信号采集模块已经得到了广泛应用，其性能在近年来一直被不断改善和提升。本信号采集模块以其优越的性能和卓越的表现将被更加广泛的应用于其它高速信号采集系统，从而使其产生更大的经济效益和社会价值。 参考文献
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