专利名称：实时数字信号滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字信号检测器件，特别是一种用于微尘计数检测的实时数字信号滤波器。
目前，在已有的微尘粒计数器中，由微尘粒产生的散射光被光学系统收集后，通过光电耦合器转换成电信号。经过放大器放大之后，被转入至比较器进行电平比较和粒度鉴别。当信号电平高于一定的幅值时，则被鉴别为是微尘粒散射光信号并被计为一个微尘粒的出现。当信号电平低于一定的幅值时则被认为无微尘粒散射光信号，即无微尘粒出现。随着微尘粒粒度检测下限的降低(≤300nm)，由微尘粒本身引起的散射光强度呈106指数下降。为提高微尘粒计数器的检测灵敏度，就要提高放大器的放大倍数(一般放大倍数G=109～1013)另一方面，由于微尘粒粒度接近于气体分子直径(1nm＜分子直径＜10nm)，大量气体分子随着气流流经光敏区时，引起较强的分子散射光。因此，由气体分子产生的散射光噪声和电路器件本身产生的半导体噪声成为微尘粒信号中背景噪声的主要部份。而这两部份噪声源是无法通过光路设计来消除的。当微尘粒散射光信号幅值与背景噪声的幅值接近时，简单的比较器电路无法正确地判断出微尘粒散射光信号，由此便产生了计数误差。随着数字信号处理技术的发展，不同的数字信号处理方法被用于微尘粒计数器中，如德国Duisburg大学开发的匹配滤波器(matched filter)、美国API公司开发相关TOF滤波器(time-of-flight)，它们都是通过数字信号处理技术降低背景噪声，提高检测信号的信噪比，从而提高计数正确率。但是，这些用于微尘粒计数器的数字信号处理技术存在以下缺陷1)由于数字信号占用计算时间长，数据量大，只能把信号进行分段处理。所有数据首先寄存在处理器内，然后再进行计算处理。在信号数据被计算时间内，不能对微尘粒散射光信号再进行检测、处理。因此，这些数字信号处理方法不能实现在线实时信号处理；2)对于数字信号处理需用专用的数字信号处理器(DSP处理器)来实现，其成本高昂，若为实现实时数字信号处理，需用多个DSP处理器并行分时工作，其成本将成倍上升，难以得到广泛应用。
由于这些缺点的存在，使得数字信号处理技术在微尘粒检测中的应用受到限制。
本实用新型的目的在于提供一种用于微尘粒计数及其他信号检测、结构简单、可进行实数字信号相关分析的实时数字信号滤波器。
实现本实用新型的目的技术解决方案为一种实时数字信号滤波器，包括模/数转换器、数/模转换器、延时器、乘法器、加法器，其特征在于设有两条信号输入通道，电路的连接关系为，一路信号经模/数转换器后与延时器连接进入乘法器，另一路信号经模/数转换器直接进入乘法器，乘法器产生的信号直接进入加法器，最后，经D/A转换并输出。
本实用新型的原理在于经典相关信号分析定义为Rxy(τ)=LimT→∞Lim1T∫0TX(t)·Y(t+τ).dt]]>t为当前时刻。
X(t)与Y(t)为获取的检测信号。其中一路信号Y(t)在时间上平移τ后，与另一路信号X(t)相乘，然后求和。对于每一个时移值τ，有一对应的输出值Rxy(τ)，它不是时间t的函数，而是时移τ的函数。正因如此，经典相关信号分析只限于分段信号处理，而不能用于实时信号处理；本实用新型的实时数字相关信号分析定义为Rxy(t)=Σj=t-rtX(j)·Y(j+τ-τ0)]]>j为数字信号序列，r为相关分析窗口内的计算量。
根据被测信号的统计特性定义一个相关分析窗口，在此窗口内的相关分析数据量同时也被确定。检测信号Y(t)在该窗口内首先通过时移校正，再与另一路检测信号X(t)相乘，然后求和。在时间上每移动一次窗口，便得到相应的信号输出值Rxy(t)。所以，该相关分析滤波器的输出为时间t的函数，而不是时移τ的函数。通过窗口在时间上不断地对检测信号进行扫描，便得到连续的时间输出信号Rxy(t)。也就是说，通过在分析窗口内有限的分析运算，达到对检测信号在时间上连续分析的目的。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点是实现了数字信号的实时相关分析与检测，全线路不采用DSP，线路结果简单，成本低廉，可靠性高，微尘粒信号背景噪声降低10-2倍，信噪比增益4倍以上，可显著提高微尘粒检测灵敏度，降低粒度检测下限，具较强的实用性。本实用新型还可用于其它数字信号的测试与分析。
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型的模/数转换电路、延时电路、乘法器电路图。
图3是本实用新型的十步延时器、加法器、数/模转换器电路图。
图4是本实用新型的时序发生器电路图。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
结合图1、图2、图3、图4，本实用新型的实时数字信号滤波器由模/数转换器、数/模转换器、延时器、乘法器、加法器构成，两路检测信号X(t)与Y(t)分别由电路的输入端输入至模/数转换器AD7575转换成数字信号，模/数转换器的型号和采样频率的选择是根据被检测信号的频谱来确定的。采样频率确定准则应符合香农定律。经转换后的数字信号Y(t)通过延时器进行延时。在本电路中延时器是通过先进先出寄存器FIFO来实现的，通过改变FIFO的单元长度和时钟频率可以调整延时时间。本延时器的延时范围从2.56ms至25.6ms可调，当然在延时器的具体设计中，还可应用其它器件来实现，如RS公司的链式延迟器件(SN5497，SN7497)等，其延时调整范围大，可连续延时时间。但缺点为噪声大，电路复杂。因此，在本电路中采用FIFO--AM7201作为数字延时器，信号Y(t)经延时后与信号X(t)被送入乘法器进行乘法运算。在本电路中2片EPROM被设计成为硬件乘法器。两路信号被乘法器相乘之后再送入窗口加法器进行加法运算，在本电路中20片74573,8片74283与其它相应的辅助电路被设计成具有相关计数量r=10的窗口加法器。20片74573芯片分两列串联后通过74240芯片组与8片74283芯片连接。在此窗口内只有在当前时刻t以前的10个数据被连续相加后作为此时刻的输出值。该输出值再经数/模转换器DAC后作为连续的实时数字信号相关分析滤波器的输出信号。
权利要求1.一种实时数字信号滤波器，包括模/数转换器、数/模转换器、延时器、乘法器、加法器，其特征在于设有两路信号输入能道，一路信号经模/数转换器后与延时器连接进入乘法器，另一路信号经模/数转换器直接进入乘法器，乘法器产生的信号直接进入加法器，最后经数/模转换器转换并输出。
2.根据权利要求1所述的实时数字信号滤波器，其特征在于由10步延时器和数字加法器共同构成窗口加法器。
3.根据权利要求1或2所述的实时数字信号滤波器，其特征在于乘法器由2片EPROM构成。
专利摘要本实用新型涉及一种主要用于微尘计数检测的实时数字信号滤波器。它包括模/数转换器、数/模转换器、延时器、乘法器、加法器,其特征是设有两路信号通道,一路经模/数转换器后与延时器连接进入乘法器,另一路经模/数转换器直接进入乘法器,乘法器产生的信号经加法器及数/模转换器输出。本实用新型实现了数字信号实时相关分析与检测,结构简单,成本低,可靠性高,检测灵敏度显著提高。
文档编号H03H17/00GK2332110SQ9822663
公开日1999年8月4日 申请日期1998年4月30日 优先权日1998年4月30日
发明者吴军基, 罗军 申请人:吴军基