[发明专利]用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置及探测方法

权利要求书

1.一种用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置，其特征在于：包括CCD传感器、前置放大与预处理单元、采样转换机构、FPGA控制器、PHY芯片和光纤网络接口；

所述CCD传感器用于进行激光探测及光电转换，并向前置放大与预处理单元输出模拟电信号；

所述前置放大与预处理单元用于对CCD传感器输出的模拟电信号进行放大和预处理后传输至采样转换机构；

所述采样转换机构用于将输入的模拟电信号转化为数字格式的图像数据并传输至FPGA控制器；

所述FPGA控制器包括数据处理单元和时序产生与调节单元；所述数据处理单元用于对输入的图像数据进行处理后进行存储或输出；所述时序产生与调节单元用于产生并调节CCD驱动时序和AD驱动时序，所述CCD驱动时序用于驱动CCD传感器，所述AD驱动时序用于驱动采样转换机构；

所述光纤网络接口通过PHY芯片与FPGA控制器进行数据传输；

所述采样转换机构包括两片相同的AD转换芯片，两片AD转换芯片分别在FPGA控制器输出的两组AD驱动时序作用下对同一像素周期内的不同采样位置进行独立的数据采样与转换；

所述前置放大与预处理单元包括用于实现阻抗匹配的射随电路、用于实现电压放大的放大电路和用于实现直流分量滤波的滤波电路。

2.根据权利要求1所述的用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置，其特征在于：还包括电平转换单元，所述电平转换单元用于将FPGA控制器的时序产生与调节单元产生的CCD驱动时序进行电平转换，以满足CCD传感器对驱动信号电平的要求。

3.根据权利要求1所述的用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置，其特征在于：还包括DDR2存储器，所述DDR2存储器用于对FPGA控制器的数据处理单元处理后的数据进行存储。

4.根据权利要求1所述的用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置，其特征在于：AD转换芯片的工作方式设置为数字相关双采样模式且对输入信号进行过采样；在时序设计时使AD转换芯片工作在SHA模式，同时使参考电平与信号电平采样点成对出现。

5.根据权利要求4所述的用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置，其特征在于：AD转换芯片的采样时钟设置为模拟信号像素频率的N倍，N为偶数。

6.根据权利要求1所述的用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置，其特征在于：所述数据处理单元对输入的图像数据进行的处理包括对输入数据进行合成、数字相关双采样、筛选和均值滤波。

7.一种基于权利要求1-6中任一所述的用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）系统上电后进行初始化，探测装置在默认工作参数下运行；

FPGA控制器的时序产生与调节单元根据默认工作参数产生所需的CCD驱动时序和AD驱动时序；

FPGA控制器的数据处理单元将采样得到的数据进行处理后进行存储，然后经PHY芯片和光纤网络接口发送至上位机进行显示；

2）将探测装置工作参数配置为光路调整参数；

对光路进行调整，上位机根据外触发信号的频率进行图像显示与刷新；

3）将探测装置工作参数配置为近场测量参数；

CCD传感器对探测到的近场激光进行光电转换，并向前置放大与预处理单元输出模拟电信号；

前置放大与预处理单元对CCD传感器输出的模拟电信号进行信号放大和预处理后传输至采样转换机构；

采样转换机构将输入的模拟电信号转化为数字格式的图像数据并传输至FPGA控制器；

FPGA控制器的数据处理单元对输入的图像数据进行处理后进行存储；

上位机通过光纤网络接口向FPGA控制器发出传送指令，FPGA控制器读取存储的数据并经光纤网络接口传输至上位机进行显示。

8.根据权利要求7所述的用于高功率激光近场测量的高信噪比探测装置的探测方法，其特征在于：

所述探测装置工作参数包括曝光时间、增益、偏置、触发方式和传输方式；

当探测装置工作参数配置为光路调整参数时，所述触发方式为连续外触发模式，所述传输方式为主动传输；

当探测装置工作参数配置为近场测量参数时，所述触发方式为单次外触发模式，所述传输方式为被动传输。