[发明专利]模拟等光程差控制的干涉信号发生器

说明书

技术领域：

本发明是一种干涉信号发生器，特别涉及一种模拟等光程差控制的干涉信号发生器。

背景技术：

傅立叶光谱探测技术是利用Michelson(迈克尔逊)干涉仪原理，对被测目标的干涉信号按照等光程差进行采样，然后把光强信号通过反傅立叶变换，从而得到被观测目标光谱信号的一种探测手段。

干涉信号是干涉仪产生的，一般需要有探测器、干涉系统以及光学系统。红外波段的探测器还需要工作在低温环境，地面工作时需要使用杜瓦加液氮制冷。同时还需要参考激光器，利用参考激光信号通过干涉系统产生等光程差采样同步信号。

干涉信号获取系统主要是完成干涉图信号的采样和相关处理，这些信号获取和处理除了受到信号本身的特性比如动态范围、信号噪声水平等限制，同时还受到光程差时间间隔限制，数据的调理、采集、传输、存储都需要在一个等光程差间隔内完成。

实验条件复杂并且受到时序限制，如果能够按照干涉仪工作原理产生干涉信号替代真实的干涉仪输出信号，可以完成探测器之外的信号获取电路验证。目前的信号发生器除了标准的通用仪器以外也有设计人员自行设计的信号发生装置，例如中北大学电子测试技术国家重点实验室胡振良和任勇峰发表的《基于FPGA和AD768的高精度信号卡设计》(《微计算机信息》2008年第24卷第1-2期第205~206页)，文中提到的装置为自动测试提供高精度的信号卡。还有中北大学教育部仪器科学与动态测试重点实验室赵呈恺等发表的《基于FPGA和AD768的高精度多路信号源设计》（《机械工程与自动化》2010年2月第1期第139~141页）中描述了测试中使用的方波信号发生器的设计。这些设计的信号发生器都是利用数模转换来产生需要的测试信号，但是不具备傅立叶光谱仪的信号特征，主要的不足如下：

1.传统信号发生器输出的信号波形比较简单

传统的信号发生器能模拟的函数虽然形式多样，但是这些函数相对都比较简单，现有的信号发生装置从原理上无法产生干涉图信号。基于迈克尔逊干涉原理的干涉仪产生的干涉信号是光程差的函数，当光程差为0时，信号的强度最大，而随着光程差增加，信号强度急剧减弱，干涉信号比普通的三角波信号、方波信号以及三角函数信号产生机理复杂，现有的信号发生器很难实现，干涉信号波形特征见附图1。

2.信号输出不提供与信号变化相一致的外部参考

现有的信号发生器虽然信号的频率可调，但不提供与信号变化时刻相一致的参考基准，对被测信号的采样时刻以及采样的结果都存在不确定性（采样时刻和采样结果预先均不知道）。干涉信号的采样与等光程差信号紧密相关，同时等光程差信号还作为后续信号获取和处理的时间基准，所以模拟干涉信号的输出必须按照等光程差参考信号控制产生。信号输出与控制信号的关系见附图2。

发明内容：

本专利的目的是提供一种模拟等光程差控制的干涉信号发生器装置，解决了现有信号发生器不具备提供复杂信号波形的难点，克服现有信号发生器中信号幅度不能任意设定的局限，具有任意波形发生器的特点，并且还提供与信号变化相一致采样时间基准，特别适合干涉系统的电路调试。

模拟等光程差控制的干涉信号发生器包括两个部分，第一部分的功能是产生两路信号，分别是动镜匀速区状态指示信号和等光程差控制信号，第二部分的功能是以第一部分产生的两路信号做参考，完成DAC转换，产生干涉信号。第一部分由晶振1、开关、微控制器1构成；第二部分由晶振2、微处理器2、SRAM、电平转换器件、DAC转换器、缓冲放大器及BNC插座构成。系统组成框图见说明书附图3。

下面描述各组成硬件的技术参数。

首先介绍有源晶振，晶振1和晶振2均为有源晶振，它们为微控制器提供工作时钟，晶振的参数主要是工作电压和输出频率，工作电压选择正3.3V，工作频率根据系统最高的时间分辨率决定,设计人员可以根据自己的需要以及所选择的微控制的要求选择合适的晶振，为系统提供工作时钟。

微控制器1和微处理器2是单片机或者数字信号处理器（DSP），微控制1和微控制器2器在形式上可以相同也可以不同，微控制器的工作时钟决定控制器的处理速度，选择DSP2407、DSP2812或者MSP430F149。

开关选择“轻触开关”，它的特点是，开关按下时开关导通，开关松开时开关断开。开关一端有上拉电阻，另一端接地，并把有上拉电阻的一端接入到微控制器1。