一种信号采集控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种ADC控制电路，尤其是涉及一种信号采集控制电路。
【背景技术】
[0002] 光纤振动入侵监测系统作为新型的周界入侵监测系统，能够感知外界振动信息， 而且抗电磁干扰、不受恶劣环境的影响，其主要用于管道、站场、重要建筑物的入侵监测。光 纤振动入侵监测系统无论在测量距离、使用寿命、安全性、可靠性、隐蔽性，还是在探测精 度、报警效率上都具有明显优势。光纤振动入侵监测系统灵活简易，成本较低，已成为新一 代的安全监测的首选产品。
[0003] 目前常用的光纤振动入侵监测系统往往是基于Φ-OTDR原理或干涉原理，其中基 于干涉原理的光纤振动入侵监测系统需要搭建干涉光路，通过解调算法进行入侵定位以及 入侵判断，是早期的光纤入侵振动监测系统研究的热点，但是由于其定位精度较差，误报率 高的缺点，市场反响一般。而基于Φ-OTDR原理的光纤振动传感系统得到越来越多的应用， 该系统利用光时域反射仪OTDR技术实现了扰动定位功能，定位精度较高，工作时需控制激 光器发出脉冲光，发出的脉冲光在光纤中传播，由于瑞利散射作用，会返回带有干涉特点的 瑞利光信号，通过检测该瑞利信号，分析干涉的变化，便能够判断是否有入侵行为。
[0004] 瑞利光信号的检测需要经过光电转换、电信号放大以及电信号的采集。光纤振动 入侵探测器所使用的ADC往往需要较高的采集速率，这样才能保证较高的定位精度。目前 常用的高速ADC的信号采集范围较小，大多数为± IV，采集精度为12bit，这种条件下，ADC 测量的模拟信号范围被限制在± IV。通常，返回得到的瑞利散射信号为呈指数衰减的OTDR 信号，测量距离越远，衰减就越大。因此，±1V的模拟信号采集范围就大大减小了光纤振动 入侵探测器的测量距离，如果能增加 ADC的信号采集范围，就能够相应的增加测量距离。
[0005] 现有的信号处理方式是将转换得到的模拟信号直接送给ADC前端的单端转差分 芯片，经过差分后的信号被ADC芯片采集到。这种方式的主要缺点在于光信号转换为电压 信号的电压值大于0V，这种情况下，ADC采集的信号幅值在0~IV之间，ADC的采集范围没 有被完全利用到，ADC所采集信号的范围为0~IV。对于一个采样精度12bit，采集范围为 ± IV的ADC来说，0~IV的采集范围对应的采集精度为Ilbit，最小分辨的电压值为1V/211， 这样造成了浪费。
【发明内容】
[0006] 本发明就是为了解决现有光纤振动入侵监测系统对瑞利光信号的处理过程中ADC 的信号采集范围小的技术问题，提供了一种信号采集范围大的信号采集控制电路。
[0007] 本发明提供的信号采集控制电路，包括FPGA数字控制电路、ADC采集电路、单端转 差分电路、数字电位器和比较器电路，比较器电路的输出端与FPGA数字控制电路连接，数 字电位器的控制端与FPGA数字控制电路连接，数字电位器的输出端与单端转差分电路的 反相端连接，单端转差分电路的输出端与ADC采集电路的输入端连接，ADC采集电路的输出 端与FPGA数字控制电路连接。
[0008] 优选地，ADC采集电路包括LTC2205芯片，单端转差分电路包括LT1994芯片， LT1994芯片的VoutN引脚与LTC2205芯片的AN-引脚连接，LT1994芯片的VoutP引脚与 LTC2205芯片的AN+引脚连接，LT1994芯片的Vocm引脚与LTC2205芯片的Vocm引脚连 接，LT1994芯片的Van引脚与VoutP引脚之间通过第四电阻连接，LT1994芯片的Vap引脚 与VoutN引脚之间通过第二电阻连接，数字电位器的输出端通过第三电阻与LT1994芯片的 Van引脚连接，LT1994芯片的Vap引脚连接有第一电阻；第一电阻和第二电阻的阻值相同， 第三电阻和第四电阻的阻值相同。
[0009] 优选地，还包括模拟电路和基准电源，模拟电路的输出端与第一电阻连接，基准电 源与数字电位器输入端连接；比较器电路的正相端与模拟电路的输出端连接，比较器电路 的反相端接2V基准电压。
[0010] 优选地，比较器电路为TLV3501芯片。
[0011] 本发明的有益效果是，依据OTDR曲线呈指数衰减的特征，实时调整单端转差分电 路的输出电压范围，实现瑞利信号的分段式测量，相对于传统的处理方式，大大提高了采集 信号的范围，提高OTDR信号的测量范围，增加测试距离。
[0012] 本发明进一步的特征，将在以下【具体实施方式】的描述中，得以清楚地记载。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的原理框图；
[0014] 图2是单端转差分电路、数字电位器和ADC采集电路的原理图；
[0015] 图3是比较器电路的原理图。
[0016] 附图符号说明：
[0017] 1.模拟电路，2.单端转差分电路；3. ADC采集电路；4. FPGA数字控制电路；5.数字 电位器；6.基准电源；7.比较器电路；8.系统光路；9.上位机；虹、1?2、1?3、1?4分别为第一电 阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻。
【具体实施方式】
[0018] 以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0019] 如图1所示，系统光路8与FPGA数字控制电路4连接，模拟电路1与系统光路8 连接，上位机9与FPGA数字控制电路4连接，比较器电路7的同相端与模拟电路1的输出 端连接，比较器电路7的反相端接2V基准电压，比较器电路7的输出端与FPGA数字控制电 路4连接；基准电源6与数字电位器5输入端连接，数字电位器5的控制端与FPGA数字控 制电路4连接，数字电位器5的输出端与单端转差分电路2的反相端连接；模拟电路1的输 出端与单端转差分电路2的正相端连接，单端转差分电路2的输出端与ADC采集电路3的 输入端连接，ADC采集电路3的输出端与FPGA数字控制电路4连接。
[0020] 模拟电路1将系统光路8发出的光信号转换为电信号并且将电信号放大，模拟电 路1包括跨阻运放电路和比例运算放大电路。模拟电路1的带宽设置在1MHz，供电电源为 ±5V，通过控制放大倍数及光功率的大小，最终，调整输出模拟信号范围为0~4V之间，对 应ADC所要采集的信号范围即为0~4V，设计目标是采用± IV采集范围的ADC实现0~ 4V电压信号的采集。
[0021] 单端转差分电路2实现了单端电压信号转差分信号以及差分电压信号范围实时 调整的功能，本发明将〇~4V的信号分为0~2V和2~4V两个阶段采集过程。依据OTDR 曲线呈指数型式衰减的特征，曲线幅值有高到低变化，因此ADC芯片首先采集2~4V之间 的信号，第二阶段进行〇~2V信号的采集。
[0022] ADC采集电路3主要实现了数据采集功能，所使用的ADC为12bit精度，采集范围 为 2VPP。
[0023] FPGA数字控制电路4用以接收ADC采集电路3输出的数据，并进行处理，处理后通 过USB接口上传上位机9。FPGA数字控制电路4需要结合比较器电路7的输出电平实时调 整数字电位器5输出的Vadj值的大小，进而控制单端转差分电路2的输出范围。
[0024] 基准电源6和数字电位器5结合起来用以控制数字电位器5输出的Vadj值的大 小，基准电源6需要能够提供质量较高的电压信号，且输出电压能够大于3V。
[0025] 比较器电路7用以实现第一阶段到第二阶段的控制时间的判断。
[0026] 如图2所示，单端转差分电路2的具体芯片选择依据ADC不同而不同，ADC采集电 路3采用凌特的LTC2205芯片，单端转差分电路2采用芯片LT1994。芯片LT1994的VoutN 引脚与芯片LTC2205的AN-引脚连接，芯片LT1994的VoutP引脚与芯片LTC220