CN204188710U - 一种脉冲信号检测***及粒子计数器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种脉冲信号检测***及粒子计数器，检测***连接于一传感器，该脉冲信号检测***包括：微分放大电路，连接于传感器，微分放大电路用于将传感器输出的信号进行滤波放大处理；积分放大电路，连接于微分放大电路，积分放大电路用于将滤波放大后的信号进行波形放大处理；脉冲信号整形电路，连接于积分放大电路，脉冲信号整形电路用于将波形放大后的信号进行处理，生成方波脉冲信号；处理器，连接于脉冲信号整形电路，处理器用于对该方波脉冲信号进行识别和测量。由于信号容易被识别了，因此对后续处理器的要求降低了，不需要精度超级高的处理器，对处理器识别的幅值也降低了。因此，可以降低后续处理器的成本。

Description

一种脉冲信号检测***及粒子计数器

技术领域

本实用新型涉及计量检测技术领域，特别涉及一种脉冲信号检测***及粒子计数器。

背景技术

目前，传感器输出的信号大部分是频率比较高，并且没有规律的尖峰信号，参见图1所示。这种信号的随机性比较强，并且脉冲的时间短，即脉冲宽度较窄，尖峰幅值持续时间小于1us，信号幅度微弱等。这些特点导致后续对传感器输出信号的提取带来一系列的困难，需要在很短的时间内迅速识别出每个尖峰信号的特征幅度和时间跨度等。

现有技术中，通常是对传感器输出的信号首先进行放大处理，然后对放大后的信号进行提取。如图2所示，传感器100输出的原始信号经过放大模块200进行放大处理以后，将放大后的信号输出给处理器300。

与图2对应的信号波形如图3所示，图3中的a是传感器输出的原始信号，图3中的b是放大模块输出的放大后的信号。

虽然图3中的b是放大后的信号，但是信号的尖峰宽度还是很窄，持续时间很短，这样对于处理器的要求就很高，需要处理器在极短的时间内捕获到尖峰上最高的点的信号，即幅值。如果捕捉不到该尖峰的幅值，那么这次检测的形态信息将是错误的。这样就需要处理器的处理速度非常快，将增加处理器的成本。另外，对于AD要求也比较高，有个尖峰的幅值太大时，AD的采样范围有限，将无法采集到超过其采样范围的幅值的信号。

综上所述，目前的信号处理方式，一方面对处理器的要求比较高，另一方面可能AD也达不到采样要求。造成采集的信号某些丢失，或者某些信号出现形态错误等情况。

因此，本领域技术人员需要提供一种传感器输出信号的处理电路，能够准确采集到所有的信号，不出现丢失或错误的情况，并且对处理器的要求比较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种脉冲信号检测***及粒子计数器，能够准确捕获到传感器输出的信号，并且对处理器的要求低。

本实用新型提供一种脉冲信号检测***，连接于一传感器，该脉冲信号检测***包括：微分放大电路、积分放大电路、脉冲信号整形电路和处理器；

所述微分放大电路，连接于所述传感器，所述微分放大电路用于将传感器输出的信号进行滤波放大处理；

所述积分放大电路，连接于所述微分放大电路，所述积分放大电路用于将滤波放大后的信号进行波形放大处理；

所述脉冲信号整形电路，连接于所述积分放大电路，所述脉冲信号整形电路用于将波形放大后的信号进行处理，生成方波脉冲信号；

所述处理器，连接于所述脉冲信号整形电路，所述处理器用于对该方波脉冲信号进行识别和测量。

优选地，所述积分放大电路包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述运算放大器的第一输入端连接所述微分放大电路，所述第一输入端接收所述滤波放大后的脉冲信号，

所述运算放大器的输出端连接所述脉冲信号整形电路；

所述运算放大器的第二输入端通过所述第一电阻接地；

所述运算放大器的第二输入端通过所述第二电阻连接所述放大器的输出端；

所述第一电容并联在所述第二电阻的两端。

优选地，该***还包括高频滤波电容；

所述高频滤波电容连接在所述微分放大电路和所述积分放大电路之间。

优选地，该***还包括：补偿电路；

所述补偿电路连接于所述运算放大器的第一输入端，用于对所述积分放大电路补偿失调电压。

优选地，所述补偿电路包括：第三电阻、第四电阻和可调电阻；

所述运算放大器的第一输入端通过所述第四电阻接地；

所述可调电阻的一端连接一电源，所述可调电阻的另一端接地，所述可调电阻的调节端通过所述第三电阻连接于所述运算放大器的第一输入端。

优选地，所述脉冲信号整形电路包括：快速比较器、第五电阻、第六电阻和第三滤波电容；

所述快速比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，

所述快速比较器的第一输入端连接所述积分放大电路；

所述快速比较器的第二输入端通过所述第六电阻接地；

所述第三滤波电容并联在所述第六电阻的两端；

所述快速比较器的第二输入端通过所述第五电阻连接一电源；

所述快速比较器的输出端连接于所述处理器。

本实用新型实施例还提供一种粒子计数器，包括：光感应传感器和所述的脉冲信号检测***；

所述光感应传感器，用于感应空气中颗粒物的存在；

所述脉冲信号检测***，用于接收所述光感应传感器输出的信号，对所述信号先通过微分放大电路进行滤波放大处理，然后经过积分放大电路进行波形放大处理，再进行脉冲信号整形处理，利用处理器对整形后的脉冲信号进行识别和测量，得出空气中颗粒物的含量。

优选地，所述光感应传感器为光电二极管。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实施例提供的脉冲信号检测***，对传感器输出的信号进行了两次放大，第一次放大是通过微分放大，第二次是通过积分放大，经过两次放大后的信号的幅值已经得到了明显的提高。由于尖峰信号的时间宽度较小，还是不容易识别，这样本实施例中又将尖峰信号变为了脉冲信号，这样信号的时间跨度加宽，后续容易被识别。由于信号容易被识别了，因此对后续处理器的要求降低了，不需要精度超级高的处理器，对处理器识别的幅值也降低了。因此，可以降低后续处理器的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传感器输出的尖峰信号示意图；

图2是现有技术中的对传感器输出信号的处理示意图；

图3是图1所示的尖峰信号经过放大后的示意图；

图4是本实用新型提供的脉冲信号检测***示意图；

图5是本实用新型对于信号处理的波形图；

图6是本实用新型提供的脉冲信号检测***实施例二示意图；

图7是本实用新型提供的脉冲信号检测***实施例三示意图；

图8是本实用新型提供的低成本实现脉冲信号快速精确检测的方法实施例一流程图；

图9是本实用新型提供的粒子计数器实施例一示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

***实施例一：

参见图4，该图为本实用新型提供的脉冲信号检测***示意图。

本实施例提供的脉冲信号检测***，包括：微分放大电路200a、积分放大电路200b、脉冲信号整形电路200c和处理器300；

所述微分放大电路200a，连接于所述传感器，用于将传感器100输出的信号进行滤波放大处理；

需要说明的是，所述微分放大电路200a属于现有技术，现有技术中就是利用微分放大电路将传感器100输出的信号进行一次放大后直接进行后续采集处理，例如进入处理器300，或者进入AD转换器(图中未示出)。从微分放大电路200a输出的信号如图5中的b所示。

所述积分放大电路200b，连接于所述微分放大电路，用于将滤波放大后的信号进行波形放大处理；

积分放大电路200b对滤波放大后的信号进行二次放大处理，这样可以经过二次放大以后的信号的幅值被拉长，即幅值变大，如图5所示的c所示。后续便于处理器300识别，从而较好地识别信号幅度。

所述脉冲信号整形电路200c，连接于所述积分放大电路，用于将波形放大后的信号进行处理，生成方波脉冲信号。

所述处理器300，连接于所述脉冲信号整形电路200c，所述处理器300用于对该方波脉冲信号进行识别和测量。

由于尖峰信号的时间跨度较宽，不便于采集，为了使时间跨度拉长，即宽度拉宽，本实施例中添加了脉冲信号整形电路200c，将尖峰信号变为方波形式的脉冲信号，如图5所示的d所示。

这样处理器300处理的就是d所示的方波脉冲信号，对于处理器来说这样的信号无论从幅值还是从时间跨度上均是可以识别的。

可以理解的是，该脉冲信号的脉冲宽度是变化的，即频率是变化的，因为传感器测量的信号是实时变化的。

本实施例提供的脉冲信号检测***，对传感器输出的信号进行了两次放大，第一次放大是通过微分放大，第二次是通过积分放大，经过两次放大后的信号的幅值已经得到了明显的提高。由于尖峰信号的时间宽度较小，还是不容易识别，这样本实施例中又将尖峰信号变为了脉冲信号，这样信号的时间跨度加宽，后续容易被识别。由于信号容易被识别了，因此对后续处理器的要求降低了，不需要精度超级高的处理器，对处理器识别的幅值也降低了。因此，可以降低后续处理器的成本。

需要说明的是，本实施例提供的脉冲信号检测***应用在空气中颗粒的识别尤其效果显著。由于环境污染越来越严重，因此，需要识别空气中颗粒物的含量。识别空气中颗粒物的含量使用的传感器是激光传感器。激光传感器输出的信号比较微弱，因此，需要对这种传感器输出的信号进行后续处理比较困难。检测的尖峰信号的幅值代表空气中颗粒物的大小，幅值越大表示颗粒物的体积越大。尖峰信号的频率越高，即信号越密集，则说明空气中颗粒物的个数越多。应用本实施例提供的处理电路可以应用在颗粒物识别的传感器输出信号的处理上，这样对处理器的要求比较高，成本比较低，具有很大的推广意义。

***实施例二：

参见图6，该图为本实用新型提供的脉冲信号检测***实施例二示意图。

本实用新型中介绍具体电路图来详细介绍本申请中的积分电路和脉冲信号整形电路是如何实现的。

本实施例提供的积分放大电路包括：运算放大器308、第一电阻303、第二电阻307和第一电容306；

所述运算放大器308具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述运算放大器308的第一输入端连接所述微分放大电路200a。

所述微分放大电路200a的输出端连接所述运算放大器308的第一输入端；

所述运算放大器308的输出端连接所述脉冲信号整形电路的输入端；

所述运算放大器308的第二输入端通过所述第一电阻303接地；

所述运算放大器308的第二输入端通过所述第二电阻307连接所述放大器308的输出端；

所述第一电容306并联在所述第二电阻307的两端。

需要说明的是，第一电容306的作用是滤波，滤除噪声信号。

本实施例提供的传感器输出信号的处理电路，还包括高频滤波电路；

所述高频滤波电路连接在所述微分放大电路200a的输出端和所述放大器的第一输入端之间。

所述高频滤波电路为陶瓷电容313；

所述陶瓷电容313的一端连接所述微分电路的输出端，所述陶瓷电容313的另一端连接所述放大器308的第一输入端。

陶瓷电容313可以将高频干扰信号进行滤除。

需要说明的是，陶瓷电容313的作用是滤除电源中的无效的噪声信号。

利用积分放大电路对信号进行二次放大以后，可以将信号的幅值再次放大。

经过滤波后提取信号特征，由于有效信号被放大地更加突出(幅值更大)，这样可以使得信号的提取变得更加简单，测量结果更加准确。

下面介绍脉冲信号整形电路的工作原理。

所述脉冲信号整形电路包括：快速比较器312、第五电阻、第六电阻和第三滤波电容；

所述快速比较器312具有第一输入端、第二输入端和输出端；

所述快速比较器312的第一输入端连接所述放大器308的输出端；

所述快速比较器312的第二输入端通过所述第六电阻311接地；

所述快速比较器312的第二输入端通过所述第三滤波电容310接地；

所述快速比较器312的第二输入端通过所述第五电阻309连接电源；

所述快速比较器312的输出端连接所述处理器，即快速比较器312的输出端直接连接处理器。

可以理解的是，所述快速比较器312的第二输入端连接的信号作为参考电压，所述快速比较器312的第一输入端的信号与参考电压进行比较，从而快速比较器312的输出端进行翻转，进而产生脉冲信号。

由于变为脉冲信号后，捕捉脉冲信号的峰值速度会加快，不需要进行复杂的数据计算，比较得出最大值即峰值。因此，本实施例中改为脉冲信号后更利于信号的识别。

***实施例三：

参见图7，该图为本实用新型提供的脉冲信号检测***实施例三示意图。

本实施例提供的脉冲信号检测***，还包括：线性补偿电路；

所述线性补偿电路连接于所述放大器312的第一输入端，用于对积分放大电路的信号进行线性补偿。

所述线性补偿电路包括：第三电阻304、第四电阻305和第七电阻302；

所述第七电阻302为可调电阻；

所述放大器312的第一输入端通过所述第四电阻305接地；

所述放大器312的第一输入端通过所述第三电阻304连接所述可调电阻302的调节端；

需要说明的是，第四电阻304和第五电阻305组成电阻滤波器，用于滤除噪声信号。

所述可调电阻302的第一端连接电源，所述可调电阻302的第二端接地；

所述放大器312的第一输入端通过串联的所述第四电阻305和第七电阻302连接电源。

需要说明的是，所述可调电阻302为可调精密电阻器。

通过调节可调精密电阻302可以补偿放大器312输入的失调电压，例如，放大器312的输入端为0时，输出端可能不是0，为了补偿放大器的线性，使输入与输出保持一致性，因此，本实施例中设计了线性补偿电路。例如，放大器输入为0.1mV时，输出才为0V。

优选地，所述第三滤波电容310为陶瓷电容。

优选地，所述放大器308为精密运算放大器。

本实施例中由于降低了对硬件的采样精度以及采样速度的要求，因此使用普通的处理器便可以进行信号的识别和提取，因此可以降低成本。

方法实施例一：

参见图8，该图为本实用新型提供的低成本实现脉冲信号快速精确检测的方法实施例一流程图。

本实施例提供的低成本实现脉冲信号快速精确检测的方法，应用于检测空气中颗粒物的含量，包括以下步骤：

S801：接收光感应传感器输出的信号；

需要说明的是，光感应传感器输出的信号很微弱，后续不容易采集到，因此，需要对传感器输出的信号进行处理。

S802：对所述信号进行微分放大处理；

微分放大处理主要是对信号进行滤波放大，信号幅度有所提高。

S803：对微分放大处理后的信号进行积分放大处理；

积分放大主要是对信号进行幅度的提升，进一步提升信号幅度和时间跨度。

S804：对积分放大处理后的信号进行脉冲整形，得到脉冲信号；

由于脉冲信号后续容易被识别和采集，避免时间跨度太小有些信号采集不到被丢失。

S805：对脉冲信号进行识别和测量，得到空气中颗粒物的含量。

本实施例提供的方法，对传感器输出的信号进行了两次放大处理，第一次放大是通过微分放大，主要是滤波放大，第二次是通过积分放大主要是幅度和时间跨度放大，经过两次放大后的信号的幅值已经得到了明显的提高。由于尖峰信号的时间宽度较小，还是不容易识别，这样本实施例中又将尖峰信号变为了脉冲信号，这样信号的时间跨度加宽，后续容易被识别。由于信号容易被识别了，因此对后续处理器的要求降低了，不需要精度超级高的处理器，对处理器识别的幅值也降低了。因此，可以降低后续处理器的成本。

另外，本实用新型实施例提供的方法，还包括以下步骤：

对所述微分放大处理后的信号进行滤波处理，对滤波处理后的信号才进行所述积分放大处理。

粒子计数器实施例一：

参见图9，该图为本实用新型提供的粒子计数器实施例一示意图。

本实施例提供的粒子计数器，包括：光感应传感器100和所述的脉冲信号检测***1000；

所述光感应传感器100，用于感应空气中颗粒物的存在；

需要说明的是，光感应传感器输出的信号很微弱，后续不容易采集到，因此，需要对传感器输出的信号进行处理。

所述脉冲信号检测***1000，用于接收所述光感应传感器输出的信号，对所述信号先通过微分放大电路进行滤波放大处理，然后经过积分放大电路进行波形放大处理，再进行脉冲信号整形处理，利用处理器对整形后的脉冲信号进行识别和测量，得出空气中颗粒物的含量。

微分放大处理主要是对信号进行滤波放大，信号幅度有所提高。

积分放大主要是对信号进行幅度的提升，进一步提升信号幅度和时间跨度。

由于脉冲信号后续容易被识别和采集，避免时间跨度太小有些信号采集不到被丢失。

本实施例提供的粒子计数器，对传感器输出的信号进行了两次放大处理，第一次放大是通过微分放大，主要是滤波放大，第二次是通过积分放大主要是幅度和时间跨度放大，经过两次放大后的信号的幅值已经得到了明显的提高。由于尖峰信号的时间宽度较小，还是不容易识别，这样本实施例中又将尖峰信号变为了脉冲信号，这样信号的时间跨度加宽，后续容易被识别。由于信号容易被识别了，因此对处理器的要求降低了，不需要精度超级高的处理器，对处理器识别的幅值也降低了。因此，可以降低后续处理器的成本，从而降低整个粒子计数器的成本。

需要说明的是，脉冲信号检测***的具体实现可以参见上述的检测***的实施例。

可以理解的是，在粒子计数器中，所述光感应传感器可以采用光电二极管来实现，将光信号转换为电信号。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种脉冲信号检测***，连接于一传感器，其特征在于，该脉冲信号检测***包括：微分放大电路、积分放大电路、脉冲信号整形电路和处理器；

所述微分放大电路，连接于所述传感器，所述微分放大电路用于将传感器输出的信号进行滤波放大处理；

所述积分放大电路，连接于所述微分放大电路，所述积分放大电路用于将滤波放大后的信号进行波形放大处理；

所述脉冲信号整形电路，连接于所述积分放大电路，所述脉冲信号整形电路用于将波形放大后的信号进行处理，生成方波脉冲信号；

所述处理器，连接于所述脉冲信号整形电路，所述处理器用于对该方波脉冲信号进行识别和测量。

2.根据权利要求1所述的脉冲信号检测***，其特征在于，所述积分放大电路包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述运算放大器的第一输入端连接所述微分放大电路，所述第一输入端接收所述滤波放大后的脉冲信号，

所述运算放大器的输出端连接所述脉冲信号整形电路；

所述运算放大器的第二输入端通过所述第一电阻接地；

所述运算放大器的第二输入端通过所述第二电阻连接所述放大器的输出端；

所述第一电容并联在所述第二电阻的两端。

3.根据权利要求2所述的脉冲信号检测***，其特征在于，该***还包括高频滤波电容；

所述高频滤波电容连接在所述微分放大电路和所述积分放大电路之间。

4.根据权利要求2所述的脉冲信号检测***，其特征在于，该***还包括：补偿电路；

所述补偿电路连接于所述运算放大器的第一输入端，用于对所述积分放大电路补偿失调电压。

5.根据权利要求4所述的脉冲信号检测***，其特征在于，所述补偿电路包括：第三电阻、第四电阻和可调电阻；

所述运算放大器的第一输入端通过所述第四电阻接地；

所述可调电阻的一端连接一电源，所述可调电阻的另一端接地，所述可调电阻的调节端通过所述第三电阻连接于所述运算放大器的第一输入端。

6.根据权利要求1所述的脉冲信号检测***，其特征在于，所述脉冲信号整形电路包括：快速比较器、第五电阻、第六电阻和第三滤波电容；

所述快速比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，

所述快速比较器的第一输入端连接所述积分放大电路；

所述快速比较器的第二输入端通过所述第六电阻接地；

所述第三滤波电容并联在所述第六电阻的两端；

所述快速比较器的第二输入端通过所述第五电阻连接一电源；

所述快速比较器的输出端连接于所述处理器。

7.一种粒子计数器，其特征在于，包括：光感应传感器和权利要求1-6任一项所述的脉冲信号检测***；

所述光感应传感器，用于感应空气中颗粒物的存在；

所述脉冲信号检测***，用于接收所述光感应传感器输出的信号，对所述信号先通过微分放大电路进行滤波放大处理，然后经过积分放大电路进行波形放大处理，再进行脉冲信号整形处理，利用处理器对整形后的脉冲信号进行识别和测量，得出空气中颗粒物的含量。

8.根据权利要求7所述的粒子计数器，其特征在于，所述光感应传感器为光电二极管。