用于时间分辨光谱测量的时序控制系统设计

发布时间：2020-04-26 20:26

【摘要】：时间分辨光谱实验是研究荧光动力学重要手段,其实验中要求各设备的指令发送、信号采集等操作具有一致性与同步性,特别是对于调制的激光脉冲产生、持续及延时时间有较高要求,所以有必要对用于调制激光器等设备的多通道脉冲信号进行时序匹配。因此在此背景下,本课题设计实现了一种基于FPGA的四通道时序脉冲控制系统来配合时间分辨测量系统。首先针对输出四通道脉冲的延迟、脉宽、频率均可调的要求,提出了FPGA与可编程延迟芯片相结合的方案。先在FPGA上设计一种基于锁相环和锁频环的双环全数字时钟源来提供200MHz的时钟信号,再搭建脉冲粗延迟、精确延迟和串口通信等模块,并用ModelSim进行仿真验证其功能,最后完成了串口转换芯片、电源和下载配置芯片等外围电路设计。最终输出四个通道脉冲信号,且延迟、频率和脉宽都可调,其中延迟时间的调节步长为1ns,脉冲宽度最小为5ns,频率达到999999Hz即可。同时针对科研人员远程操作的需求,编写了基于LabVIEW的脉冲时序上位机软件,实现了对脉冲信号的参数配置、数据读写等功能。再次针对测量光谱中不可避免的基线漂移现象,提出动态移动最小二乘多项式平滑(DMSG)的光谱基线校正算法,并在模拟光谱与实际光谱中的验证。其中对于指数形基线、反曲线基线的模拟光谱,DMSG算法基线校正的均方误差根RMSE分别为0.6661和0.4345,而LDMA算法基线校正分别为1.2291和2.5392。对实际光谱进行基线校正,实验表明能够有效地避免基线校正过度和基线校正不够的情况,比LDMA算法取得更好的校正效果。最后对整机进行测试,实验结果表明,输出脉冲信号达到上述指标要求。使用整机测得掺Nd3+的YVO_4晶体样品的时间分辨光谱与稳态发射谱,并采用上述的DMSG算法对光谱进行基线校正处理,通过对光谱的对比分析,区分样品光谱中散射光与荧光成分,解决了晶体样品质量不好,光谱中有散射光干扰的问题。
【图文】：

图 3-5 环形振荡器输出频率 FOSC与串长度关系曲线数分频器由一个加法累加器即全加器构成。带符号累加寄存器的最切换在带符号整数 N 和它的补码 N-M 之间的加法器的输入，，也用形振荡器串长度 L1和 L2之间的切换。

图 3-10 各模块逻辑单元比例图1 所示为锁定状态即 FOUT=2MHz，FREF=3.12MHz 时测得的图 3-11 可见，FOUT信号与 FREF信号是同步的，有一个等)的静态相位误差。
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨桂燕;李路;陈和;陈思颖;张寅超;郭磐;;基于广义Whittaker平滑器的拉曼光谱基线校正方法[J];中国激光;2015年09期

2 高鹏飞;杨蕊;季江;郭汉明;瑚琦;庄松林;;拉曼光谱的局域动态移动平均全自动基线校准算法[J];光谱学与光谱分析;2015年05期

3 吴雯倩;;智能等精度计数器设计[J];电子世界;2014年08期

4 郑晓庆;杨日杰;杨立永;赵轩坤;;多路输出DC-DC电路设计[J];国外电子测量技术;2012年09期

5 邱有刚;黄建国;李力;;基于FPGA数字延迟单元的实现和比较[J];电子测量技术;2011年09期

6 张凯琳;苏淑靖;刘利生;易春莉;郑文强;;基于FPGA的DDS多路信号源设计[J];电测与仪表;2011年03期

7 邹尔宁;谢忠屏;;直接数字频率合成低频信号源的设计与实现[J];自动化仪表;2011年03期

8 杜娟;邱晓晖;赵阳;颜伟;缪飞;;基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统的设计[J];南京师范大学学报(工程技术版);2010年03期

9 刘鹏;许可;;一种基于FPGA的高精度大动态数字延迟单元的设计[J];微计算机信息;2010年08期

10 林爽;杨风;;基于LabVIEW的多通道数据采集系统的研究[J];山西电子技术;2009年03期

相关硕士学位论文 前2条

1 徐龙飞;基于FPGA的数据采集系统[D];中北大学;2014年

2 黄燕;基于FPGA的DDS信号发生器的研究[D];南京林业大学;2012年

本文编号：2641864