[发明专利]一种用于激光诱导击穿光谱仪的信号控制与采集系统及方法

权利要求书

1.一种用于激光诱导击穿光谱仪的信号控制与采集系统，其特征在于：该系统包括激光电源控制单元、信号积分延时控制单元、信号积分放大单元、数据采集处理单元、负高压采集控制单元和通讯接口转换单元；

所述信号积分延时控制单元、信号积分放大单元、数据采集处理单元和负高压采集控制单元通过一块过桥板固定并实现公用信号的互联；

PC机和所述数据采集处理单元分别通过网口与通讯接口转换单元连接，所述激光电源控制单元、信号积分延时控制单元和负高压采集控制单元分别通过串口与通讯接口转换单元连接；

所述激光电源控制单元由PC机控制并输出同步触发信号，启动激光光源；

所述信号积分延时控制单元受所述同步触发信号触发后，向信号积分放大单元输出多通道积分延时信号；

所述信号积分放大单元接收多通道积分延时信号并受其控制，对多通道光电探测器输出信号进行积分放大；

所述数据采集处理单元对积分放大后的信号进行采集、存储、打包后经通讯接口转换单元传输至PC机；

所述负高压采集控制单元对多通道光电探测器的负高压进行监测及控制。

2.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱仪的信号控制与采集系统，其特征在于：

所述信号积分延时控制单元包括信号整形模块、主控器模块和串口通讯模块；

所述信号整形模块由一片双精度单稳态触发器及其外围电路组成，通过对外围电路的配置实现对激光电源控制单元输出激光同步触发信号的整形；

所述主控器模块采用FPGA控制，以整形后的同步触发信号上升沿为延时起点，精确控制激光同步延时时间，输出多通道积分延时信号，所述多通道积分延时信号为多路独立且连续可调的，控制精度为纳秒量级；

所述串口通讯模块由一片单电源电平转换芯片及其外围电路组成，实现所述信号控制与采集系统和PC机之间的双向通讯功能。

3.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱仪的信号控制与采集系统，其特征在于：

所述信号积分放大单元包括积分通道控制模块和运算放大模块；

所述积分通道控制模块由多片16路的模拟开关组成，由所述信号积分延时控制单元产生的多通道积分延时信号通过排线控制，实现对运算放大模块的通道控制；

所述运算放大模块由多片运算放大器及其外围电路组成，通过使用高精度的电位计，实现对多通道光电探测器输出信号的放大倍数连续可调。

4.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱仪的信号控制与采集系统，其特征在于：

所述数据采集处理单元采用FPGA作为主控芯片。

5.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱仪的信号控制与采集系统，其特征在于：

所述负高压采集控制单元包括主控器模块、串口通讯模块、一片多路DA芯片和一片多路AD芯片；

所述主控器模块采用ARM芯片，加载到多通道光电探测器上的目标负高压值由PC机设置，并经串口通讯模块将所述目标负高压值发送给ARM芯片，ARM芯片经过处理分析后控制DA芯片输出对应的负高压值；同时，AD芯片采集加载到多通道光电探测器上的实际负高压值并发送给ARM，由ARM芯片通过串口通讯模块发送给PC机，由此实现对多通道光电探测器负高压的实时监测和数字化连续调节控制，调节范围为-1500V～0V。

6.根据权利要求1所述的用于激光诱导击穿光谱仪的信号控制与采集系统，其特征在于：所述的通讯接口转换单元将串口传输转换为以太网传输，使得串口具有网络传输功能，并保持每个通讯接口与PC机之间独立通讯，最终由单一网口实现PC机与多硬件设备之间的交互。