利用4400系统构造具有光学多道分析功能的信号处理系统

　　1　引　言

　　取样技术是微弱信号测量的重要方法。EG&G公司生产的4400信号处理系统,即数字化Boxcar,是把一般的Boxcar和先进的微处理器结合在一起,提供了便利的微弱信号时间过程记录与分析手段[1]。

　　在激光物理与技术研究中,激光信号既有时间的过程需要处理,也有激光束空间强度分布的问题需要处理,现有的4400系统只能解决前者,而后者要使用光学多道分析仪(OMA)。光学多道分析仪是一种价格较昂贵的光电测试仪器[2,3]。为使原来的4400系统兼有OMA的功能,选用光电二极管列阵(Reticon G系列光敏二极管列阵)作为传感器,用4400系统对列阵的每个单元的光电信号的采样进行平均处理,使原来的电子学时间信号处理系统扩充为光电子时空信号处理系统。通过与计算机联机,提高了系统的信号处理能力,形成了可供实验室使用的具有OMA功能的信号处理系统。

　　据了解,我国的研究所、高等院校购置了为数不少的EG&G 4400信号处理系统。因此开展上述信号处理系统的研究具有较大的推广前景,不但可使拥有4400信号处理系统的单位只需花费少量经费就可拥有光学多道分析仪的功能,而且为下一代信号处理系统的设计提供了新的思路。

　　2　系统组成原理

　　该系统由光学信号源、二极管列阵、4400信号检测分析系统三部分组成,实验装置实物图如图1所示。光学信号源提供经光学系统产生的各种光强分布,如干涉场、衍射场以及透射和反射光场等;二极管列阵将光强的空间分布转换成相应的在时间轴上的电信号分布,实现光电转换及时空变换;4400系统通过Boxcar和数字平均,获得较高信噪比的采样信号,并由面板上丰富的功能键及系统中先进的微处理器来实现对信号的分析。

　　4400系统、列阵及计算机的连接框图如图2所示。列阵的信号输出(1)加到4400系统中的4422模块的信号输入端(2);4400系统的触发输入(3)则由列阵中的start信号(4)或blank信号(5)提供;4400系统与计算机间的数据传输靠系统的RS232C接口(6)和PC机的串行口(7)相连来完成。

　　2.1　4400与列阵的扫描周期

　　列阵输出是由1024个光敏组按顺序取样,并经整形而形成的连续信号;4400系统设置为1024个采样点。因而只要两个仪器的扫描时基相等,即可使一个采样点同一个光敏组相对应,减少了两个光敏组间信号的各种失真和噪声对恢复信号的影响,使所得到的曲线能更好地反映空间光强分布。列阵的扫描周期通过调整RC电路的时钟频率得到。采用固定电容值,电阻值由电位器调节,所得的时钟频率处在1~20ms之间。由于4400系统的扫描时基是以1、2、5递增的,所以在1~20 ms之间有1、2、5、10、20五种时基及2·5、1·25两种细化时基。因为1ms在扫描周期边缘不稳定,而5、10、20三种时基会造成4400系统的记录时间过长,因此在不影响列阵输出信号质量的前提下,选用1·25、2、2·5三种扫描时基,通过调节电位器使列阵的扫描周期也定位在上述三种扫描时基的一种。本实验选定时基为2·5ms。