[发明专利]一种高精度的溶氧仪系统与专用SoC

权利要求书

1.一种高精度溶氧仪系统，其特征在于，由如下四个模块组成：发射模块、传感模块、接收模块、信号处理和控制模块；其中：

所述发射模块，用于产生正弦电流，去驱动红光LED和蓝光LED，同时产生同频正交信号用于接收模块的混频，其构成包括：数字递归振荡器RDO、有限长单位冲激响应滤波器FIR、电流域数模转换器DAC以及开关；所述RDO产生阶梯数字正弦波，经过FIR滤波之后由电流域DAC转换成模拟正弦电流信号，由开关选择所驱动的LED；所述发射模块产生的正弦电流信号的频率可调，即改变主时钟频率，就能够改变产生的正弦电流信号频率，并且产生正交性很好的正交载波信号；

所述传感模块，由荧光膜、滤光片和溶解氧溶液组成；其中，所述荧光膜置于溶解氧溶液当中，用于吸收蓝光LED发出的光并激发出荧光；所述滤光片置于荧光膜和光电二极管之间，用于滤除其他光；蓝光LED发出的光经过荧光膜产生红色荧光，产生的红色荧光与蓝光激发光存在与溶氧量有关相移，红光LED发出的光经过荧光膜产生固定相移，使用红光参考能够抵消光路和电路的相移的影响；

所述接收模块，由光电二极管PD、直流消除型跨阻放大器TIA、可编程增益放大器PGA和模拟锁相放大模块，以及模数转换器ADC组成；其中，所述PD用于吸收传感模块产生的荧光并转化为电流信号，经过TIA转化为电压信号，经过PGA和模拟锁相放大模块解调成与相移相关的直流信号；所述模拟锁相放大模块由混频器、可编程增益放大器PGA、低通滤波器和buffer依次连接组成；输入锁相放大模块的信号经过混频器、PGA、低通滤波器和buffer之后，消除谐波并达到ADC的最大范围输入；再经过ADC转换为数字信号；

所述信号处理和控制模块，用于读取ADC输出的数字信号，并使用CORDIC算法计算反映荧光和激发光之间的相移的角度，同时与直流消除型TIA形成反馈网络，实现自动控制的直流消除；并且控制红光LED和蓝光LED导通时间和顺序，保证角度测量；

其中，利用RDO和FIR以及电流域DAC产生正弦电流信号，驱动红光LED和蓝光LED，蓝光LED发出的光经过荧光膜产生红色荧光，产生的红色荧光与蓝色激发光存在与溶氧量有关的相移，红光LED发出的光经过荧光膜产生固定相移，使用红光参考抵消光路和电路的相移的影响；产生的红色荧光和红光LED发出的红光被PD接收转换为电流信号，经过TIA转换为电压信号，经过PGA转换为差分信号；之后通过模拟锁相放大模块，模拟锁相放大模块的混频器的差分本振信号来源于RDO模块，保证基本同频。

2.一种基于权利要求1所述溶氧仪系统的专用SoC，包括：信号产生模块、信号采集模块、信号处理和控制模块；其中：

所述信号产生模块，其结构包括：RDO、FIR、电流域DAC以及开关；

所述信号采集模块，其结构包括：PD、直流消除型TIA、PGA和模拟锁相放大模块，以及ADC；

所述信号处理和控制模块由CPU组成；

所述信号产生模块中，产生的正弦电流信号的频率可调，即只改变主时钟频率，就能够改变产生的正弦电流信号频率，并且能够产生正交性很好的正交载波信号；

所述信号采集模块中，通过检测TIA的输出电压的幅度范围来控制输入到TIA的电流，从而使得TIA保证好的线性度；PGA将TIA的输出转换为差分输出，并转换共模电平；模拟锁相模块由混频器、PGA、低通滤波器和buffer组成，能够将相位信号转换为直流电压信号，同时能够消除噪声的影响；ADC将模拟信号转换为数字信号；

所述信号处理和控制模块中，读取ADC输出的数字信号，相除之后使用CORDIC算法计算角度，同时与直流消除型TIA形成反馈网络，实现自动控制的直流消除；并且控制红光LED和蓝光LED导通时间和顺序，保证角度测量。