基于可变OSK射频调制的增益程控声光光谱探测系统

摘要

本发明公开了一种基于可变OSK射频调制的增益程控声光光谱探测系统，共用前置光路，以AOTF为分光元件，根据其电调谐特性，利用AD9910的OSK功能对其合成的射频信号进行OSK调制，通过射频继电器分时驱动多个AOTF，实现单光谱信号电调制；后置相应谱段的探测器及前放，利用模拟通道选择器对应选通，共用模拟光谱信号处理及采集电路，通过对OSK调制信号数字移相，补偿待测信号在电路中产生的相移，然后与待测信号进行互相关锁相；系统以程控放大器级联压控放大器，控制增益粗调和微调，通过闭环控制实现增益自适应。该发明提高了宽光谱探测的光学效率和信噪比，降低了系统规模与功耗，实现了目标光谱能量的大动态范围探测。

主权项

一种基于可变OSK射频调制的增益程控声光光谱探测系统，包括前置光学(1)、探测器及前放组(2)、模拟光谱信号处理及采集(3)、射频驱动生成(4)、FPGA主控(5)和上位机(6)，其特征在于：所述的前置光学(1)包括成像镜(101)、视场光阑(102)、准直镜(103)、第一分光镜(104)、第N分光镜(105)和反射镜(106)；目标光经成像镜(101)成像于视场光阑(102)，隔离杂散光，然后经准直镜(103)准直为平行光入射第一分光镜(104)，其透射光可经多个分光镜继续分光，最后一个分光镜即第N分光镜(105)的透射光入射反射镜(106)；N+1为探测谱段数目；所述的探测器及前放组(2)包括第一AOTF晶体(201)、第一会聚镜(202)、第一谱段探测器(203)、第一互阻抗放大器(204)，第N AOTF晶体(205)，第N会聚镜(206)、第N谱段探测器(207)、第N互阻抗放大器(208)，第N+1AOTF晶体(209)、第N+1会聚镜(210)、第N+1谱段探测器(211)和第N+1互阻抗放大器(212)；第一分光镜(104)的反射光经第一AOTF晶体(201)分光得到准单色光，经第一会聚镜(202)聚焦于第一谱段探测器(203)光敏面，所得光电流通过第一互阻抗放大器(204)转换为第一路电压信号；第N分光镜(105)的反射光经第N AOTF晶体(205)分光得到准单色光，经第N会聚镜(206)聚焦于第N谱段探测器(207)光敏面，所得光电流通过第N互阻抗放大器(208)转换为第N路电压信号；反射镜(106)的反射光经第N+1AOTF晶体(209)分光得到准单色光，经第N+1会聚镜(210)聚焦于第N+1谱段探测器(211)光敏面，所得光电流通过第N+1互阻抗放大器(212)转换为第N+1电压信号；所述的模拟光谱信号处理及采集(3)包括第一模拟通道选择器(301)、 程控增益放大器(302)、窄带滤波器(303)、压控增益放大器(304)、同相1倍放大器(305)、反相1倍放大器(306)、第二模拟通道选择器(307)、低通滤波器(308)、模数转换器(309)、第一电压基准源(310)、第二电压基准源(313)、数模转换器(312)和射极跟随器(311)；探测器及前放组(2)所输出的N+1路电压信号作为系统待测模拟光谱信号，同时接入第一模拟通道选择器(301)，其输出信号先经程控增益放大器(302)进行增益粗调，再通过窄带滤波器(303)滤除带外噪声和干扰频率，然后利用压控增益放大器(304)进行增益细调，由第一电压基准源(310)为压控增益放大器(304)提供固定的负向增益控制电压V_GENG，数模转换器(312)的输出经射级跟随器(311)隔离后为压控增益放大器(304)提供可变的正向增益控制电压V_GPOS，第二电压基准源(313)为数模转换器(312)提供基准电压；然后，压控增益放大器(304)的输出同时接入同相1倍放大器(305)和反相1倍放大器(306)，将两路输出同时引入第二模拟通道选择器(307)，继而实现待测信号和第二模拟通道选择器(307)选通控制信号的互相关锁相，锁相输出经低通滤波器(308)提取直流成分，再由模数转换器(309)进行A/D采样；所述的射频驱动生成(4)包括DDS合成器(401)、射频功率放大器(402)和射频继电器(403)；由FPGA主控(5)控制DDS合成器(401)合成所需的射频信号，并利用DDS芯片的OSK功能对其合成的射频驱动信号直接进行数控OSK调制，再经射频功率放大器(402)调整射频信号功率，然后输入射频继电器(403)，其输出分别接至各AOTF晶体的驱动注入端；FPGA主控(5)控制射频继电器(403)切换射频输出通道驱动各个AOTF，并控制第一模拟通道选择器(301)选通相匹配的探测器及前放输出；FPGA主控(5)配置DDS芯片的信号合成和OSK调制，实现单光谱信号的电调制， 并将该OSK调制信号适当数字移相，补偿待测光谱信号在电子学系统中产生的附加相移，作为第二模拟通道选择器(307)的选通控制信号；最终采样结果经FPGA主控(5)处理后，传输至上位机(6)进行显示。