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兼具采样宽度和精度的光学采样电路及采集方法.pdf

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兼具 采样 宽度 精度 光学 电路 采集 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910104184

申请日:

20190201

公开号:

CN109639280A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: H03M1/12;G06F3/05 主分类号: H03M1/12;G06F3/05
申请人: 深圳市金准生物医学工程有限公司
发明人: 杜沛深;卢鹏;招睿雄;张二盈;章国建
地址: 518000 广东省深圳市宝安区福海街道新田社区新田大道71-2号B栋第十层、71-5号研发楼第四层、71-4号D栋第一层
优先权:
专利代理机构: 44242 代理人: 钟火军
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910104184

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路及采集方法,光学采样模块包括包括光电池,采样电阻,运算放大器,模数转换器和处理器;光电池,采样电阻,运算放大器,模数转换器和处理器依次连接,光电池与采样电阻之间连接有N个补偿电阻,每个补偿电阻两端并联有开关,每一开关的控制端以及模数转换器的信号输出端分别与处理器连接;当处理器输出低电平时,开关断开,补偿电阻接入到采样电阻中以增加模数转换器采样时电阻的阻值;当处理器输出高电平时,开关接通,补偿电阻短路以减少模数转换器采样时电阻的阻值;采集方法为采用光学采样模块采集的方法。它的优点是能够实现动态采样,测量灵敏度和检测信号范围两者可以同时兼顾。

权利要求书

1.一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路,其特征在于,包括光电池,采样电阻,运算放大器,模数转换器和处理器;所述光电池,采样电阻,运算放大器,模数转换器和处理器依次连接,所述光电池与采样电阻之间连接有N个补偿电阻,每一补偿电阻两端并联有开关,每个开关的控制端以及模数转换器的信号输出端分别与处理器连接;当处理器输出低电平时,开关断开,补偿电阻接入到采样电阻中以增加模数转换器采样时电阻的阻值;当处理器输出高电平时,开关接通,补偿电阻短路以减少模数转换器采样时电阻的阻值。 2.根据权利要求1所述兼具采样宽度和精度的光学采样电路,其特征在于,所述开关为三极管,所述三极管的输入端和输出端连接在补偿电阻两端,所述所述三极管的控制端与处理器连接。 3.根据权利要求1所述兼具采样宽度和精度的光学采样电路,其特征在于,所述补偿电阻的数量N大于等于2。 4.一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路的采集方法,其特征在于,包括: S1,根据实际的应用场景设置一个初始化的采样电阻值; S2,模数转换器进行第一次采样,模数转换器将采集的信号传递给处理器; S3,处理器根据第一次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如果判断第一次采样数据信号弱时,即第一次采样的信号微弱,则代表模数转换器前端采样时的电阻过小,处理器控制开关断开以增加采样时电阻的阻值,之后,模数转换器进行第二次采样,处理器再根据第二次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如此采集M次,直至模数转换器输出合适的数据; 如果判断第一次采样数据信号强时,即数据溢出,则代表模数转换器前端采样时的电阻过大,此时,处理器控制开关闭合以减小采样时电阻的阻值,之后,模数转换器进行第二次采样,处理器再根据第二次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如此采集M次,直至模数转换器输出合适的数据。

说明书


兼具采样宽度和精度的光学采样电路及采集方法
?#38469;?#39046;域


本发明涉及检测?#38469;?#39046;域,尤其是一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路及采
集方法。


背景?#38469;?br>

目?#23433;?#37327;灵敏度和检测信号范围两者之间无法同时兼顾,一般而言,如设备灵敏
度越高,则需要对于微弱光信号进行特殊处理,例如通过对光电池的信号进行放大,如此一
来则会导致高值信号溢出,而如果要兼顾高值信号而选择较低的信号增益,则对微弱信号
的识别能力就会不足,两者之间往往无法同时兼顾。同时现有?#38469;?#30340;光学采样?#20302;?#37117;是使
用固定值的采样电阻进行采样,无法动态调节,因?#31169;?#33021;采样一个固定小范围内的光信号。


发明内容


本发明的目的是解决现有?#38469;?#30340;不足,提供一种超声波刀具。


本发明的一种?#38469;?#26041;?#31119;?br>

一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路,包括光电池,采样电阻,运算放大器,
模数转换器和处理器;所述光电池,采样电阻,运算放大器,模数转换器和处理器依次连接,
所述光电池与采样电阻之间连接有N个补偿电阻,每个补偿电阻两端并联有开关,每一开关
的控制端以及模数转换器的信号输出端分别与处理器连接;当处理器输出低电平时,开关
断开,补偿电阻接入到采样电阻中以增加模数转换器采样时电阻的阻值;当处理器输出高
电平时,开关接通,补偿电阻短路以减少模数转换器采样时电阻的阻值。


一?#38047;?#36873;方案是所述开关为三极管,所述三极管的输入端和输出端连接在补偿电
阻两端,所述所述三极管的控制端与处理器连接。


一?#38047;?#36873;方案是所述补偿电阻的数量N大于等于2。


本发明另一?#38469;?#26041;?#31119;?br>

一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路的采集方法,包括:


S1,根据实际的应用场景设置一个初始化的采样电阻值;


S2,模数转换器进行第一次采样,模数转换器将采集的信号传递给处理器;


S3,处理器根据第一次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如果判断第一次
采样数据信号弱时,即第一次采样的信号微弱,则代表模数转换器前端采样时的电阻过小,
处理器控制开关断开以增加采样时电阻的阻值,之后,模数转换器然后进行第二次采样,处
理器再次根据第二次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如此采集M次,直至模数转换
器输出合适的数据;


如果判断第一次采样数据信号强时,即数据溢出,则代表模数转换器前端采样时
的电阻过大,此时,处理器控制开关闭合以减小采样时电阻的阻值,之后,模数转换器然后
进行第二次采样,处理器再次根据第二次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如此采
集M次,直至模数转换器输出合适的数据。


综合上述?#38469;?#26041;?#31119;?#26412;发明的有益效果:实现动态采样,兼具采样宽度和精度的光
学采样电路,采用采样电阻和N个补偿电阻来进行采样,并通过切换补偿电阻接入到采样电
阻中以增加模数转换器采样时电阻的阻值,做到既能保证高信号?#25442;?#28322;出,同?#24065;?#33021;正常
地识别到低信号的应用场景;具体的,当模数转换器采集的信号强时,模数转换器通过处理
器控制开关闭合,补偿电阻短路以减少模数转换器采样时电阻的阻值,保证信号?#25442;?#28322;出;
当模数转换器采集的信号非常微弱时,模数转换器通过处理器控制开关打开,补偿电阻接
入到采样电阻中以增加模数转换器采样时电阻的阻值,保证微弱的信号也能正常地进行识
别和采样。本发明可以扩大光学采样模块的测量范围,即增大了信号测量的范围,光学采样
模块能识别更微弱的信号,即提高了?#20302;?#30340;信噪比,对于微弱信号的大电阻采样能提高测
量结果的稳定性。


上述说明仅是本发明?#38469;?#26041;案的概述,为?#22235;?#22815;更清楚?#31169;?#26412;发明的?#38469;?#25163;段,
而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够
更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。


附图说明


图1是本发明第一实施例的原理图;


图2是本发明第二实施例的流程图。


具体实施方式


下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的?#38469;?#26041;?#38468;?#34892;清楚、完
整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基
于本发明中的实施例,本领域普通?#38469;?#20154;员在没有作出创造性劳动前提?#28388;?#33719;得的所有其
他实施例,?#38469;?#20110;本发明保护的范围。


需要说明,本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为
指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的?#38469;?#29305;征的数量。由此,限定有“第一”、
“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的?#38469;?#26041;
案可以相互结合,但是必须是以本领域普通?#38469;?#20154;员能够实现为基础,当?#38469;?#26041;案的结合
出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种?#38469;?#26041;案的结合不存在,也不在本发明要求的保
护范围之内。


第一实施例,如图1所示,一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路,包括光电池
201,采样电阻204,运算放大器206,模数转换器202和处理器203;光电池201,采样电阻204,
运算放大器206,模数转换器202和处理器203依次连接。光电池201与采样电阻204之间连接
有N个补偿电阻,每一补偿电阻两端并联有开关,每一补偿电阻205两端并联有开关,每个开
关的控制端以及模数转换器202的信号输出端分别与处理器203连接;补偿电阻205可以根
据需要来设置,可以设置为1个,2个或者多个,本发明中,补偿电阻205采用2个来说明,分别
是电阻R2和电阻R
n+1,电阻R2两端并联有开关一,电阻R
n+1两端并联有开关n,开关一和开关n
的控制端分别与处理器203电连接,处理器203分别单独控制开关一和开关n的开和断,当处
理器203输出低电平时,开关断开,即开关一或/和开关n断开,补偿电阻205接入到采样电阻
204中以增加模数转换器202采样时电阻的阻值,即电阻R2或/和电阻R
n+1接入采样电阻204
中;当处理器203输出高电平时,开关接通,即开关一或/和开关n接通,补偿电阻205短路以
减少模数转换器202采样时电阻的阻值,即电阻R2或/和电阻R
n+1被旁路,电阻R2或/和电阻
R
n+1不参与模数转换器202采样时的电阻。


如图1和图2所示,采样电阻204的阻值大于补偿电阻205的阻值,一大一小两个不
同的电阻来进行采样,并通过处理器203来控制开关的闭或合来切换补偿电阻205的接入或
者不接入,既能保证高信号?#25442;?#28322;出,同?#24065;?#33021;正常地识别到低信号。具体的原理是模数转
换器202检测信号强时,处理器203切换使得模数转换器202的采样的电阻阻值小,保证信号
?#25442;?#28322;出;当模数转换器202采集的信号非常微弱时,处理器203切换使得模数转换器202的
采样的电阻阻值大,保证微弱的信号也能正常地进行识别和采样。采样?#20302;?#26681;据实际的应
用场景设置一个初始化的采样电阻值,然后进行第一次采样,处理器203根据此次采样的数
据进行分析,如果数据溢出,则代表模数转换器202前端的采样时的电阻过大,于是减小模
数转换器202采样时的电阻,然后再进行一次采样并输出合适的数据;如果发现第一次采样
的信号微弱,则代表模数转换器202前端的采样电阻过小,于是增大采样时的电阻阻值并输
出合适的数据。通过处理器203的优化,便可实时调节采样时的电阻的阻值,得到最佳的采
样数据。


第二实施例


如图1和图2所示,一种兼具采样宽度和精度的光学采样电路的采集方法,包括:


S1,光学采样模块根据实际的应用场景设置一个初始化的采样电阻值;


S2然后进行第一次采样,模数转换器202将采集的信号传递给处理器203,


S3,处理器203根据第一次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如果处理器
203判断第一次采样数据信号弱时,即第一次采样的信号微弱,则代表模数转换器202前端
采样时的电阻过小,处理器203控制开关断开以增加采样时电阻的阻值,之后,模数转换器
202进行第二次采样,处理器203再根据第二次采样的数据进行分析并判断信号的强弱,如
此采集M次,直至模数转换器202输出合适的数据;


如果处理器203判断第一次采样数据信号强时,即数据溢出,则代表模数转换器
202前端采样时的电阻过大,此时,处理器203控制开关闭合以减小采样时电阻的阻值,之
后,模数转换器202进行第二次采样,处理器再根据第二次采样的数据进行分析并判断信号
的强弱,如此采集M次,直至模数转换器202输出合适的数据。


优选的,如图1所示,模数转换器202与处理器203的接口1连接。开关为三极管,三
极管的输入端和输出端连接在补偿电阻205两端,三极管的控制端与处理器203连接。本发
明中,补偿电阻205采用2个来说明,分别是电阻R2和电阻R
n+1,电阻R2两端并联有开关一,开
关一为三极管Q1,电阻R
n+1两端并联有开关n,开关n为三极管Qn,三极管Q1和三极管Qn的控
制端分别与处理器203电连接,处理器203分别单独控制三极管Q1和三极管Qn的开和断,三
极管Q1与处理器203之间连接有电阻R7,三极管Q1通过电阻R7与处理器203的接口2连接,三
极管Q1与电阻R7之间通过电阻R6接地;三极管Qn与处理器203之间连接有电阻R5,三极管Qn
通过电阻R5与处理器203的接口n+1连接,三极管Qn与电阻R5之间通过电阻R4接地。其中,光
电池201的负极与模数转换器202连接,光电池201的正极与电源连接。


如图1和图2所示,光学采样模块具有独特的设计,相比现有的产品,具有更高的灵
敏度和更宽的信号测量范围。光学采样模块采用共聚焦式的光学结构,共聚焦式的光学结
构的光路聚焦能力强,激发光源经过聚焦后,能量集中,因?#22235;?#22815;激发出更大的信号,同时
共聚焦式的光学结构能够采集更多的光信号,经过聚焦后,透射到光电传感器上的光更加
集中,信号强度更大,稳定性更好,抗干扰能力更强。


以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明
的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其
他相关的?#38469;?#39046;域均包括在本发明的专利保护范围内。


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