专利名称：电声脉冲信号采集和处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电声脉冲信号采集和处理系统，更确切地说，这种电声脉冲采集和处理装置不仅用于扫描电声显微镜，而且可应用于光声成象、激光超声探测以及其他显微成象设备中。属于材料评价与表征新技术领域。
扫描电声显微镜(SEAM)是把现代电子光学技术、电声技术、压电传感技术、弱信号检测技术、图像处理技术以及计算机技术融为一体的多功能综合性仪器，具有微区性能研究、内部缺陷检测和微结构分析的多种功能。在材料科学和功能器件的研究和制造方面已显示其独特的作用。而电声脉冲信号采集和处理装置，是提取电声信号的关键装置，也是整个电声显微镜系统的核心部件之一。
众所周知，来自电声信号探测器的原始电声信号，是在电声成象过程中把声能转变为电能，这种原始的电声信号包含有试样微结构、微区性能和缺陷信息，但是它是一种非常微弱的脉冲信号，采集到这种微弱脉冲电声信号，不但可以研究材料的亚表面结构，还可以研究试样在温度场、电场改变时的动态行为，这无论从基础研究和实用角度都是非常有意义的。
然而，这种微弱的脉冲电声信号的采集，不仅需要装置有高灵敏度、低噪声、高增益、频率跟踪性高，而且还要能承受大的信号动态范围以满足电声信号的采集特性。设计和制造达到这些要求的电声脉冲信号采集装置，已成为扫描电声显微镜能否达到实际应用的关键技术。通过国际联机检索，查阅了1981-1999年的有关专利和文献，未见有关本实用新型提出的电声脉冲信号采集和处理系统的类似报导。
本实用新型的目的在于提供一种电声脉冲信号采集和处理装置，它不仅适用于扫描电声显微镜，成为它的核心部件之一，而且可应用于光声成像、激光超声探测以及其他显微成象设备中。
本实用新型提供的电声脉冲信号采集和处理装置主要是由电子束扫描驱动系统、信号切换系统、脉冲信号提取系统、增益自适应调整系统、计算机数据采集系统以及相应计算机控制软件构成(如
图1所示)，其中(1)电子束扫描驱动系统，主要用于控制电子束在试样上的扫描，它由两路增益被固定的数／横转换电路组成，其原理结构如图2所示；(2)信息切换系统，用于二次电子信号、电声信号同相分量、电声信号正交分量、电声信号幅度分量和电声信号的相位分量之间的切换，其原理结构如图3所示；(3)脉冲电声信号采集系统，因为脉冲电声信号是被频闪频率所调制的微弱信号，所以必须经过锁定放大处理，才能获得真正的电声信号，本系统完成脉冲信号的前置放大和锁定放大处理；(4)增益自适应调整系统，这是本实用新型的核心部分，它包含了两个技术要点1)高分辨率的程控放大电路；2)幅度敏感反馈控制计算机软件，这部分结构既可避免在计算机信号采集时大输入信号时的溢出，又可将小输入信号时的量化噪声降至最小，这在本装置脉冲信号采集过程是至关重要的，其原理结构如图4所示；(5)计算机数据采集系统，完成电声信号的数字化转换，并由计算机采集做进一步的电声图像处理，其原理结构图如图5所示。
本实用新型提供的电声脉冲信号采集和处理装置，实际使用效果很好，配合可变电场和温场的多功能电声信号探测器，已取得许多新颖的试验结果，受到了国内外的高度评价。
以下结合附图和实施例对本实用新型的特点和进步作进一步的阐述。
图1是电声脉冲信号采集和处理装置的总结构图。
图2是
图1中的电子束扫描系统11的具体原理结构示意图。
图3是
图1中的信号切换系统5的具体原理结构示意图。
图4是
图1中增益自适应调整系统8的具体原理结构示意图。
图5是
图1中计算机数据采集系统的原理结构示意图。
图中1．频闪系统；2．方波发生器；3．被测试样；4．脉冲信号提取系统；5．信号切换系统；6．计算机数据采集系统；7．放大率调整器；8．增益自适应调整系统；9．镜筒；10．双屏显示器；11．电子束扫描系统；12．放大器；13．显示器驱动电路；14．计算机总线。
112．地址；113．输入数据；114．输入输出口地址详编器；115．数据缓冲器；116．X路锁存器；117．Y路锁存器；118．参考电流；119．12位数模转换电路；1110．X通道；1111．Y通道。
52．接口芯片；53．光电隔离；54．电源；56．继电器；57．电子束扫描发生器；58．数字扫描发生器；510．行扫描控制电压；511．帧扫描控制电压；512．扫描电镜显示器；14．计算机显示系统；61．电声信号同相分量；62．电声信号正交分量；63．电声信号幅度分量；64．电声信号相位分量；65．二次电子信号；66．模拟开关；67．采样保持电路；68．数模变换电路；81．输入电声信号；82．程控切换电路；83．增益电阻；84．放大器；85．放大电阻；86．输出电声信号；87．计算机程控信号。
图3中，K为继电器常开触点，K1～K6驱动电路触点，其结构与K相同的继电器常开触点。
如
图1所示，方波发生器2提供脉冲信号给脉冲信号提取系统4作为参考信号，同时提供频闪系统1作为镜筒9内电子束的偏置激励信号。试样3作为被测对象，并配有温场和电场可变的装置(该装置已另案申请，申请号00216648．8)。电子束扫描系统11提供显示器驱动电路13用作双屏显示器10的显示，电子束扫描系统11产生的两维信号经放大率调整器7后作为镜筒9电子束扫描驱动。来自放大器12的各类信号由信号切换系统5在计算机总线14控制下送到增益自适应调整系统8作增益调整后送至计算机数据采集系统的数模转换电路6，数模转换后由计算机通过计算机总线14采集。
如图2所示，电子束扫描系统11是由两路增益被固定的数／模转换电路组成，具体地说，它是通过数据缓冲器115，输入输出口地址采编器114，将输入数据和地址，经X、Y两路锁存器，分别经12位数模转换电路118、119，而转变成X、Y两通道，一方面提供显示器驱动电路13作为双屏显示器显示；另一方面经放大率调整器7后作为镜筒9电子束扫描驱动。
信号切换系统5将来自放大器12的各类信号，经接口芯片52，光电隔离53，通过电子束扫描发生器57，数字扫描发生器58，及行扫描和帧扫描电压控制，进行切换后而与扫描电镜显示器连接而进入计算机显示系统。
图4所示的增益自适应调整系统，它是由高分辨率的程控放大电路和幅度敏感反馈控制的计算机软件构成。具体地说它通过程控切换电路82、增益电阻83、放大器84和放大电阻85构成，可将输入电声信号81增益为输出电声信号86，由计算机总线14采集。
计算机数据采集系统中数模转换电路是由模拟开关66，采样保持电路67以及数模变换电路68构成，可将增益后的电声信号同相分量、正交分量以及幅度分量数模转换后由计算机总线14采集。
权利要求1．电声脉冲信号采集和处理装置，其特征在于(1)主要由电子束扫描驱动系统(11)、信号切换系统(5)、脉冲信号提取系统(4)、增益自适应调整系统(8)、计算机数据采集系统(6)及相应计算机控制软件构成；(2)方波发生器(2)提供脉冲信号给脉冲信号提取系统(4)作为参考信号，同时提供频闪系统(1)作为镜筒(9)内电子束的偏置激励信号；电子束扫描系统(11)提供显示器驱动电路(13)用作双屏显示器(10)的显示；电子束扫描系统(11)产生的两维信号经放大率调整器(7)后作为镜筒(9)电子束扫描驱动；来自放大器(12)的各类信号由信号切换系统(5)在计算机总线(14)控制下送到增益自适应调整系统(8)作增益调整后送至计算机数据采集系统的数模转换电路(6)，数模转换后由计算机通过计算机总线(14)采集。
2．按权利要求1所述的电声脉冲信号采集和处理装置，其特征在于所述的电子束扫描驱动系统(11)它是由两路增益被固定的数／模转换电路组成。
3．按权利要求1所述的电声脉冲信号采集和处理装置，其特征在于所述的信号切换系统(5)经接口芯片(52)、光电隔离(53)，通过电子束扫描发生器(57)、帧扫描发生器(58)，控制行扫描电压和帧扫描电压进行切换。
4．按权利要求1所述的电声脉冲信号采集和处理装置，其特征在于所述的增益自适应调整系统(8)由高分辨率的程控放大电路和幅度敏感反馈控制计算机软件构成。
5．按权利要求1所述的电声脉冲信号采集和处理装置，其特征在于所述的增益自适应调整系统由程控切换电路(82)、增益电阻(83)、放大器(84)、放大电阻(85)构成，可将输入电声信号(81)增益为输出电声信号(86)，由计算机总线(14)采集。
6．按权利要求1所述的电声脉冲信号采集和处理装置，其特征在于所述的计算机数据采集系统中数模转换电路它由模拟开关(66)采样保持电路(67)以及数模变换电路(68)构成，可将增益后的电声信号同相分量、正交分量以及幅度分量数模转换后由计算机总线(14)采集。
7．按权利要求1所述的电声脉冲信号采集和处理装置，其特征在于不仅用于扫描电声显微镜，而且可应用于光声成象、激光超声探测以及其他显微成象设备中。
专利摘要电声脉冲信号采集和处理装置,属于材料评价与表征技术领域。它主要由电子束扫描驱动系统11、信号切换系统5、脉冲信号提取系统4、增益自适应系统8、计算机数据采集系统6以及相应计算机控制软件构成。本实用新型不仅适用于电声扫描显微镜,成为它的核心部件之一,而且可应用于光声成象、激光超声探测。实际使用效果良好,配合可变电场和温场的多功能电声信号探测器,取得了许多新颖试验结果,对陶瓷材料,金属和半导体材料的制备和应用提供了非常有价值的信息。
文档编号H01J37/28GK2426212SQ0021776
公开日2001年4月4日 申请日期2000年5月24日 优先权日2000年5月24日
发明者殷庆端, 杨阳 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所