多通道微弱电流采集电路的检测与改进

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1、济南大学硕士学位论文摘要本文介绍了一种适用于激光粒度测试仪的多路微弱光电流采集电路的设计方案以及对采集电路进行性能评价和故障诊断的设计方案。课题中完成的任务共分四部分：设计了一个128路光电流采集电路；制作了一个8路程控电流源；制作了一个采集电路性能评价系统；初步研制了一个采集电路故障诊断系统。程控电流源作为可控标准信号源向采集电路提供电流信号，采集电路完成采集后把数据发送给上位机，性能评价系统完成采集电路各项指标的评价。故障诊断系统通过软件诊断和硬件诊断相结合的方式快速准确地定位故障点。传统的多路电流采集电路设计方案中，先进行IⅣ转换，再模拟开关切换。IⅣ转换中反

2、馈电阻参数的分散性及信号放大处理电路中各通道的不均匀误差对测量结果的准确性有很大影响，基于上述原因，本文提出了电流直接切换方案。电流先通过模拟开关进行切换，然后再利用精密IⅣ转换电路，得到相应的电压，此方案可从原理上消除先IⅣ转换后模拟开关切换带来的分散性误差。在试验当中发现模拟开关切换后电流有不稳定现象。本文分析了这一现象，并提出改进的措施。在信号滤波环节，制作了一个50HZ的陷波器，用以滤出工频电对采集电路的干扰。通过电平比较编码电路与可编程放大器PGA203实现自动量程放大，提高了电路的动态范围和处理速度。鉴于采集电路中控制端口多和实时性要求高的特点，主控器采

3、用FPGA，型号为EP2C8Q208C8。FPGA完成采集电路前向通道中模拟开关、采样保持器和模数转换器的控制，在FPGA内部采用滑动平均滤波算法对采集数据作数字滤波处理，利用RS232实现FPGA与PC机的通信。八路程控电流源以AT89S51单片机为控制核心，通过数模转换器控制压控电流源实现电流的给定，同时利用信号调理电路与模数转换器采集生成的电流信号，在单片机内部使用PID数字调节器实现电流闭环调节，在此基础上还实现了串行通信功能，可用PC机代替键盘对电流进行设定与监控。采集电路性能评价系统根据数据采集系统的检测方法及计量检测标准，对采集数据的线性度、均匀一致性

4、、准确度、稳定性等指标进行了测试，然后用字符和曲线图将测试结果显示出来。故障诊断系统通过软件诊断与硬件诊断相结合的方式，对128路光电流采集电路多通道微弱电流采集电路的检测与改进中的故障进行快速准确的定位。按照采集电路各部件由后到前的顺序，依次完成串CI、FPGA、RAM、程控放大、采保、模拟开关等器件的故障搜索与定位。关键词：光电流检测、程控电流源、性能评价、故障诊断Ⅱ济南大学硕士学位论文ABSTRACTThispaperintroducesthemulti-channelweakphotocurrentacquisitioncircuit，theperforma

5、nceevaluationsystemandthedesignoffaultdiagnosissystemofacquisitioncircuit．Paperconsistsoffourparts：aphotocurrentacquisitioncircuit；aneight-channelcurrentsource；anacquisitioncircuit’Sperformanceevaluationsystemandaacquisitioncircuit’Sfaultdiagnosissystem．NC(numericcontr01)currentsourcea

6、sastandardsignalSOurCeinjectscurrenttotheacquisitioncircuit，theperformanceevaluationsystemevaluatesindicatorsoftheacquisitioncircuit．FaultDiagnosisSystemcalllocatefaultquicklyandaccurately．Thetraditionalcurrentcollectionhaveenormousimpactontheaccuracyofmeasurementresults，becauseofthedi

7、spersionofI／Vfeedbackresistor'parametersandtheunevenerrorintheSignalprocessingcircuit，basedontheabovereasons，thispaperpresentsadirectlycurrentswitchingprogrammer．Currentisswitchedbyanalogswitchfirstly,thengoesthroughI／Vconversioncircuit，andatlast,acquirescorrespondingvoltage．Thisprog