一種脈沖信號檢測系統及粒子計數器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種脈沖信號檢測系統及粒子計數器，檢測系統連接于一傳感器，該脈沖信號檢測系統包括：微分放大電路，連接于傳感器，微分放大電路用于將傳感器輸出的信號進行濾波放大處理；積分放大電路，連接于微分放大電路，積分放大電路用于將濾波放大后的信號進行波形放大處理；脈沖信號整形電路，連接于積分放大電路，脈沖信號整形電路用于將波形放大后的信號進行處理，生成方波脈沖信號；處理器，連接于脈沖信號整形電路，處理器用于對該方波脈沖信號進行識別和測量。由于信號容易被識別了，因此對后續處理器的要求降低了，不需要精度超級高的處理器，對處理器識別的幅值也降低了。因此，可以降低后續處理器的成本。
【專利說明】一種脈沖信號檢測系統及粒子計數器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及計量檢測【技術領域】，特別涉及一種脈沖信號檢測系統及粒子計數器。
【背景技術】
[0002]目前，傳感器輸出的信號大部分是頻率比較高，并且沒有規律的尖峰信號，參見圖1所示。這種信號的隨機性比較強，并且脈沖的時間短，即脈沖寬度較窄，尖峰幅值持續時間小于lus，信號幅度微弱等。這些特點導致后續對傳感器輸出信號的提取帶來一系列的困難，需要在很短的時間內迅速識別出每個尖峰信號的特征幅度和時間跨度等。
[0003]現有技術中，通常是對傳感器輸出的信號首先進行放大處理，然后對放大后的信號進行提取。如圖2所示，傳感器100輸出的原始信號經過放大模塊200進行放大處理以后，將放大后的信號輸出給處理器300。
[0004]與圖2對應的信號波形如圖3所示，圖3中的a是傳感器輸出的原始信號，圖3中的b是放大模塊輸出的放大后的信號。
[0005]雖然圖3中的b是放大后的信號，但是信號的尖峰寬度還是很窄，持續時間很短，這樣對于處理器的要求就很高，需要處理器在極短的時間內捕獲到尖峰上最高的點的信號，即幅值。如果捕捉不到該尖峰的幅值，那么這次檢測的形態信息將是錯誤的。這樣就需要處理器的處理速度非常快，將增加處理器的成本。另外，對于AD要求也比較高，有個尖峰的幅值太大時，AD的采樣范圍有限，將無法采集到超過其采樣范圍的幅值的信號。
[0006]綜上所述，目前的信號處理方式，一方面對處理器的要求比較高，另一方面可能AD也達不到采樣要求。造成采集的信號某些丟失，或者某些信號出現形態錯誤等情況。
[0007]因此，本領域技術人員需要提供一種傳感器輸出信號的處理電路，能夠準確采集到所有的信號，不出現丟失或錯誤的情況，并且對處理器的要求比較低。
實用新型內容
[0008]本實用新型要解決的技術問題是提供一種脈沖信號檢測系統及粒子計數器，能夠準確捕獲到傳感器輸出的信號，并且對處理器的要求低。
[0009]本實用新型提供一種脈沖信號檢測系統，連接于一傳感器，該脈沖信號檢測系統包括:微分放大電路、積分放大電路、脈沖信號整形電路和處理器；
[0010]所述微分放大電路，連接于所述傳感器，所述微分放大電路用于將傳感器輸出的信號進行濾波放大處理；
[0011 ] 所述積分放大電路，連接于所述微分放大電路，所述積分放大電路用于將濾波放大后的信號進行波形放大處理；
[0012]所述脈沖信號整形電路，連接于所述積分放大電路，所述脈沖信號整形電路用于將波形放大后的信號進行處理，生成方波脈沖信號；
[0013]所述處理器，連接于所述脈沖信號整形電路，所述處理器用于對該方波脈沖信號進行識別和測量。
[0014]優選地，所述積分放大電路包括:運算放大器、第一電阻、第二電阻和第一電容；
[0015]所述運算放大器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述運算放大器的第一輸入端連接所述微分放大電路，所述第一輸入端接收所述濾波放大后的脈沖信號，
[0016]所述運算放大器的輸出端連接所述脈沖信號整形電路；
[0017]所述運算放大器的第二輸入端通過所述第一電阻接地；
[0018]所述運算放大器的第二輸入端通過所述第二電阻連接所述放大器的輸出端；
[0019]所述第一電容并聯在所述第二電阻的兩端。
[0020]優選地,該系統還包括高頻濾波電容；
[0021 ] 所述高頻濾波電容連接在所述微分放大電路和所述積分放大電路之間。
[0022]優選地，該系統還包括:補償電路；
[0023]所述補償電路連接于所述運算放大器的第一輸入端，用于對所述積分放大電路補償失調電壓。
[0024]優選地，所述補償電路包括:第三電阻、第四電阻和可調電阻；
[0025]所述運算放大器的第一輸入端通過所述第四電阻接地；
[0026]所述可調電阻的一端連接一電源，所述可調電阻的另一端接地，所述可調電阻的調節端通過所述第三電阻連接于所述運算放大器的第一輸入端。
[0027]優選地，所述脈沖信號整形電路包括:快速比較器、第五電阻、第六電阻和第三濾波電容；
[0028]所述快速比較器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，
[0029]所述快速比較器的第一輸入端連接所述積分放大電路；
[0030]所述快速比較器的第二輸入端通過所述第六電阻接地；
[0031]所述第三濾波電容并聯在所述第六電阻的兩端；
[0032]所述快速比較器的第二輸入端通過所述第五電阻連接一電源；
[0033]所述快速比較器的輸出端連接于所述處理器。
[0034]本實用新型實施例還提供一種粒子計數器，包括:光感應傳感器和所述的脈沖信號檢測系統；
[0035]所述光感應傳感器，用于感應空氣中顆粒物的存在；
[0036]所述脈沖信號檢測系統，用于接收所述光感應傳感器輸出的信號，對所述信號先通過微分放大電路進行濾波放大處理，然后經過積分放大電路進行波形放大處理，再進行脈沖信號整形處理，利用處理器對整形后的脈沖信號進行識別和測量，得出空氣中顆粒物的含量。
[0037]優選地，所述光感應傳感器為光電二極管。
[0038]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:
[0039]本實施例提供的脈沖信號檢測系統，對傳感器輸出的信號進行了兩次放大，第一次放大是通過微分放大，第二次是通過積分放大，經過兩次放大后的信號的幅值已經得到了明顯的提高。由于尖峰信號的時間寬度較小，還是不容易識別，這樣本實施例中又將尖峰信號變為了脈沖信號，這樣信號的時間跨度加寬，后續容易被識別。由于信號容易被識別了，因此對后續處理器的要求降低了，不需要精度超級高的處理器，對處理器識別的幅值也降低了。因此，可以降低后續處理器的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0041]圖1是傳感器輸出的尖峰信號示意圖；
[0042]圖2是現有技術中的對傳感器輸出信號的處理示意圖；
[0043]圖3是圖1所示的尖峰信號經過放大后的示意圖；
[0044]圖4是本實用新型提供的脈沖信號檢測系統示意圖；
[0045]圖5是本實用新型對于信號處理的波形圖；
[0046]圖6是本實用新型提供的脈沖信號檢測系統實施例二示意圖；
[0047]圖7是本實用新型提供的脈沖信號檢測系統實施例三示意圖；
[0048]圖8是本實用新型提供的低成本實現脈沖信號快速精確檢測的方法實施例一流程圖；
[0049]圖9是本實用新型提供的粒子計數器實施例一示意圖。
【具體實施方式】
[0050]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0051]為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0052]系統實施例一:
[0053]參見圖4，該圖為本實用新型提供的脈沖信號檢測系統示意圖。
[0054]本實施例提供的脈沖信號檢測系統，包括:微分放大電路200a、積分放大電路200b、脈沖信號整形電路200c和處理器300 ；
[0055]所述微分放大電路200a，連接于所述傳感器，用于將傳感器100輸出的信號進行濾波放大處理；
[0056]需要說明的是，所述微分放大電路200a屬于現有技術，現有技術中就是利用微分放大電路將傳感器100輸出的信號進行一次放大后直接進行后續采集處理，例如進入處理器300，或者進入AD轉換器(圖中未示出)。從微分放大電路200a輸出的信號如圖5中的b所示。
[0057]所述積分放大電路200b，連接于所述微分放大電路，用于將濾波放大后的信號進行波形放大處理；
[0058]積分放大電路200b對濾波放大后的信號進行二次放大處理，這樣可以經過二次放大以后的信號的幅值被拉長，即幅值變大，如圖5所示的c所示。后續便于處理器300識另|J，從而較好地識別信號幅度。
[0059]所述脈沖信號整形電路200c，連接于所述積分放大電路，用于將波形放大后的信號進行處理，生成方波脈沖信號。
[0060]所述處理器300，連接于所述脈沖信號整形電路200c，所述處理器300用于對該方波脈沖信號進行識別和測量。
[0061]由于尖峰信號的時間跨度較寬，不便于采集，為了使時間跨度拉長，即寬度拉寬，本實施例中添加了脈沖信號整形電路200c，將尖峰信號變為方波形式的脈沖信號，如圖5所示的d所示。
[0062]這樣處理器300處理的就是d所示的方波脈沖信號，對于處理器來說這樣的信號無論從幅值還是從時間跨度上均是可以識別的。
[0063]可以理解的是，該脈沖信號的脈沖寬度是變化的，即頻率是變化的，因為傳感器測量的信號是實時變化的。
[0064]本實施例提供的脈沖信號檢測系統，對傳感器輸出的信號進行了兩次放大，第一次放大是通過微分放大，第二次是通過積分放大，經過兩次放大后的信號的幅值已經得到了明顯的提高。由于尖峰信號的時間寬度較小，還是不容易識別，這樣本實施例中又將尖峰信號變為了脈沖信號，這樣信號的時間跨度加寬，后續容易被識別。由于信號容易被識別了，因此對后續處理器的要求降低了，不需要精度超級高的處理器，對處理器識別的幅值也降低了。因此，可以降低后續處理器的成本。
[0065]需要說明的是，本實施例提供的脈沖信號檢測系統應用在空氣中顆粒的識別尤其效果顯著。由于環境污染越來越嚴重，因此，需要識別空氣中顆粒物的含量。識別空氣中顆粒物的含量使用的傳感器是激光傳感器。激光傳感器輸出的信號比較微弱，因此，需要對這種傳感器輸出的信號進行后續處理比較困難。檢測的尖峰信號的幅值代表空氣中顆粒物的大小，幅值越大表示顆粒物的體積越大。尖峰信號的頻率越高，即信號越密集，則說明空氣中顆粒物的個數越多。應用本實施例提供的處理電路可以應用在顆粒物識別的傳感器輸出信號的處理上，這樣對處理器的要求比較高，成本比較低，具有很大的推廣意義。
[0066]系統實施例二:
[0067]參見圖6，該圖為本實用新型提供的脈沖信號檢測系統實施例二示意圖。
[0068]本實用新型中介紹具體電路圖來詳細介紹本申請中的積分電路和脈沖信號整形電路是如何實現的。
[0069]本實施例提供的積分放大電路包括:運算放大器308、第一電阻303、第二電阻307和第一電容306 ；
[0070]所述運算放大器308具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述運算放大器308的第一輸入端連接所述微分放大電路200a。
[0071]所述微分放大電路200a的輸出端連接所述運算放大器308的第一輸入端；
[0072]所述運算放大器308的輸出端連接所述脈沖信號整形電路的輸入端；
[0073]所述運算放大器308的第二輸入端通過所述第一電阻303接地；
[0074]所述運算放大器308的第二輸入端通過所述第二電阻307連接所述放大器308的輸出端；
[0075]所述第一電容306并聯在所述第二電阻307的兩端。
[0076]需要說明的是，第一電容306的作用是濾波，濾除噪聲信號。
[0077]本實施例提供的傳感器輸出信號的處理電路，還包括高頻濾波電路；
[0078]所述高頻濾波電路連接在所述微分放大電路200a的輸出端和所述放大器的第一輸入端之間。
[0079]所述高頻濾波電路為陶瓷電容313 ;
[0080]所述陶瓷電容313的一端連接所述微分電路的輸出端，所述陶瓷電容313的另一端連接所述放大器308的第一輸入端。
[0081]陶瓷電容313可以將高頻干擾信號進行濾除。
[0082]需要說明的是，陶瓷電容313的作用是濾除電源中的無效的噪聲信號。
[0083]利用積分放大電路對信號進行二次放大以后，可以將信號的幅值再次放大。
[0084]經過濾波后提取信號特征，由于有效信號被放大地更加突出(幅值更大)，這樣可以使得信號的提取變得更加簡單，測量結果更加準確。
[0085]下面介紹脈沖信號整形電路的工作原理。
[0086]所述脈沖信號整形電路包括:快速比較器312、第五電阻、第六電阻和第三濾波電容；
[0087]所述快速比較器312具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；
[0088]所述快速比較器312的第一輸入端連接所述放大器308的輸出端；
[0089]所述快速比較器312的第二輸入端通過所述第六電阻311接地；
[0090]所述快速比較器312的第二輸入端通過所述第三濾波電容310接地；
[0091]所述快速比較器312的第二輸入端通過所述第五電阻309連接電源；
[0092]所述快速比較器312的輸出端連接所述處理器，即快速比較器312的輸出端直接連接處理器。
[0093]可以理解的是，所述快速比較器312的第二輸入端連接的信號作為參考電壓，所述快速比較器312的第一輸入端的信號與參考電壓進行比較，從而快速比較器312的輸出端進行翻轉，進而產生脈沖信號。
[0094]由于變為脈沖信號后，捕捉脈沖信號的峰值速度會加快，不需要進行復雜的數據計算，比較得出最大值即峰值。因此，本實施例中改為脈沖信號后更利于信號的識別。
[0095]系統實施例三:
[0096]參見圖7，該圖為本實用新型提供的脈沖信號檢測系統實施例三示意圖。
[0097]本實施例提供的脈沖信號檢測系統，還包括:線性補償電路；
[0098]所述線性補償電路連接于所述放大器312的第一輸入端，用于對積分放大電路的信號進行線性補償。
[0099]所述線性補償電路包括:第三電阻304、第四電阻305和第七電阻302 ；
[0100]所述第七電阻302為可調電阻；
[0101]所述放大器312的第一輸入端通過所述第四電阻305接地；
[0102]所述放大器312的第一輸入端通過所述第三電阻304連接所述可調電阻302的調節端;
[0103]需要說明的是，第四電阻304和第五電阻305組成電阻濾波器，用于濾除噪聲信號。
[0104]所述可調電阻302的第一端連接電源，所述可調電阻302的第二端接地；
[0105]所述放大器312的第一輸入端通過串聯的所述第四電阻305和第七電阻302連接電源。
[0106]需要說明的是，所述可調電阻302為可調精密電阻器。
[0107]通過調節可調精密電阻302可以補償放大器312輸入的失調電壓，例如，放大器312的輸入端為O時，輸出端可能不是0，為了補償放大器的線性，使輸入與輸出保持一致性，因此，本實施例中設計了線性補償電路。例如，放大器輸入為0.1mV時，輸出才為0V。
[0108]優選地，所述第三濾波電容310為陶瓷電容。
[0109]優選地，所述放大器308為精密運算放大器。
[0110]本實施例中由于降低了對硬件的采樣精度以及采樣速度的要求，因此使用普通的處理器便可以進行信號的識別和提取，因此可以降低成本。
[0111]方法實施例一:
[0112]參見圖8，該圖為本實用新型提供的低成本實現脈沖信號快速精確檢測的方法實施例一流程圖。
[0113]本實施例提供的低成本實現脈沖信號快速精確檢測的方法，應用于檢測空氣中顆粒物的含量，包括以下步驟:
[0114]S801:接收光感應傳感器輸出的信號；
[0115]需要說明的是，光感應傳感器輸出的信號很微弱，后續不容易采集到，因此，需要對傳感器輸出的信號進行處理。
[0116]S802:對所述信號進行微分放大處理；
[0117]微分放大處理主要是對信號進行濾波放大，信號幅度有所提高。
[0118]S803:對微分放大處理后的信號進行積分放大處理；
[0119]積分放大主要是對信號進行幅度的提升，進一步提升信號幅度和時間跨度。
[0120]S804:對積分放大處理后的信號進行脈沖整形，得到脈沖信號；
[0121]由于脈沖信號后續容易被識別和采集，避免時間跨度太小有些信號采集不到被丟失。
[0122]S805:對脈沖信號進行識別和測量，得到空氣中顆粒物的含量。
[0123]本實施例提供的方法，對傳感器輸出的信號進行了兩次放大處理，第一次放大是通過微分放大，主要是濾波放大，第二次是通過積分放大主要是幅度和時間跨度放大，經過兩次放大后的信號的幅值已經得到了明顯的提高。由于尖峰信號的時間寬度較小，還是不容易識別，這樣本實施例中又將尖峰信號變為了脈沖信號，這樣信號的時間跨度加寬，后續容易被識別。由于信號容易被識別了，因此對后續處理器的要求降低了，不需要精度超級高的處理器，對處理器識別的幅值也降低了。因此，可以降低后續處理器的成本。
[0124]另外，本實用新型實施例提供的方法，還包括以下步驟:
[0125]對所述微分放大處理后的信號進行濾波處理，對濾波處理后的信號才進行所述積分放大處理。
[0126]粒子計數器實施例一:
[0127]參見圖9，該圖為本實用新型提供的粒子計數器實施例一示意圖。
[0128]本實施例提供的粒子計數器，包括:光感應傳感器100和所述的脈沖信號檢測系統 1000 ；
[0129]所述光感應傳感器100，用于感應空氣中顆粒物的存在；
[0130]需要說明的是，光感應傳感器輸出的信號很微弱，后續不容易采集到，因此，需要對傳感器輸出的信號進行處理。
[0131]所述脈沖信號檢測系統1000，用于接收所述光感應傳感器輸出的信號，對所述信號先通過微分放大電路進行濾波放大處理，然后經過積分放大電路進行波形放大處理，再進行脈沖信號整形處理，利用處理器對整形后的脈沖信號進行識別和測量，得出空氣中顆粒物的含量。
[0132]微分放大處理主要是對信號進行濾波放大，信號幅度有所提高。
[0133]積分放大主要是對信號進行幅度的提升，進一步提升信號幅度和時間跨度。
[0134]由于脈沖信號后續容易被識別和采集，避免時間跨度太小有些信號采集不到被丟失。
[0135]本實施例提供的粒子計數器，對傳感器輸出的信號進行了兩次放大處理，第一次放大是通過微分放大，主要是濾波放大，第二次是通過積分放大主要是幅度和時間跨度放大，經過兩次放大后的信號的幅值已經得到了明顯的提高。由于尖峰信號的時間寬度較小，還是不容易識別，這樣本實施例中又將尖峰信號變為了脈沖信號，這樣信號的時間跨度加寬，后續容易被識別。由于信號容易被識別了，因此對處理器的要求降低了，不需要精度超級高的處理器，對處理器識別的幅值也降低了。因此，可以降低后續處理器的成本，從而降低整個粒子計數器的成本。
[0136]需要說明的是，脈沖信號檢測系統的具體實現可以參見上述的檢測系統的實施例。
[0137]可以理解的是，在粒子計數器中，所述光感應傳感器可以采用光電二極管來實現，將光信號轉換為電信號。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種脈沖信號檢測系統，連接于一傳感器，其特征在于，該脈沖信號檢測系統包括:微分放大電路、積分放大電路、脈沖信號整形電路和處理器； 所述微分放大電路，連接于所述傳感器，所述微分放大電路用于將傳感器輸出的信號進行濾波放大處理； 所述積分放大電路，連接于所述微分放大電路，所述積分放大電路用于將濾波放大后的信號進行波形放大處理； 所述脈沖信號整形電路，連接于所述積分放大電路，所述脈沖信號整形電路用于將波形放大后的信號進行處理，生成方波脈沖信號； 所述處理器，連接于所述脈沖信號整形電路，所述處理器用于對該方波脈沖信號進行識別和測量。
2.根據權利要求1所述的脈沖信號檢測系統，其特征在于，所述積分放大電路包括:運算放大器、第一電阻、第二電阻和第一電容； 所述運算放大器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述運算放大器的第一輸入端連接所述微分放大電路，所述第一輸入端接收所述濾波放大后的脈沖信號， 所述運算放大器的輸出端連接所述脈沖信號整形電路； 所述運算放大器的第二輸入端通過所述第一電阻接地； 所述運算放大器的第二輸入端通過所述第二電阻連接所述放大器的輸出端； 所述第一電容并聯在所述第二電阻的兩端。
3.根據權利要求2所述的脈沖信號檢測系統，其特征在于，該系統還包括高頻濾波電容； 所述高頻濾波電容連接在所述微分放大電路和所述積分放大電路之間。
4.根據權利要求2所述的脈沖信號檢測系統，其特征在于，該系統還包括:補償電路； 所述補償電路連接于所述運算放大器的第一輸入端，用于對所述積分放大電路補償失調電壓。
5.根據權利要求4所述的脈沖信號檢測系統，其特征在于，所述補償電路包括:第三電阻、第四電阻和可調電阻； 所述運算放大器的第一輸入端通過所述第四電阻接地； 所述可調電阻的一端連接一電源，所述可調電阻的另一端接地，所述可調電阻的調節端通過所述第三電阻連接于所述運算放大器的第一輸入端。
6.根據權利要求1所述的脈沖信號檢測系統，其特征在于，所述脈沖信號整形電路包括:快速比較器、第五電阻、第六電阻和第三濾波電容； 所述快速比較器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端， 所述快速比較器的第一輸入端連接所述積分放大電路； 所述快速比較器的第二輸入端通過所述第六電阻接地； 所述第三濾波電容并聯在所述第六電阻的兩端； 所述快速比較器的第二輸入端通過所述第五電阻連接一電源； 所述快速比較器的輸出端連接于所述處理器。
7.一種粒子計數器，其特征在于，包括:光感應傳感器和權利要求1-6任一項所述的脈沖信號檢測系統； 所述光感應傳感器，用于感應空氣中顆粒物的存在； 所述脈沖信號檢測系統，用于接收所述光感應傳感器輸出的信號，對所述信號先通過微分放大電路進行濾波放大處理，然后經過積分放大電路進行波形放大處理，再進行脈沖信號整形處理，利用處理器對整形后的脈沖信號進行識別和測量，得出空氣中顆粒物的含量。
8.根據權利要求7所述的粒子計數器，其特征在于，所述光感應傳感器為光電二極管。
【文檔編號】G01R29/02GK204188710SQ201420546612
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】梁化春, 劉義剛 申請人:蘇州貝昂科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
