增益自动转换设计

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1、基于单片机控制的增益自动转换设计DesignOfAuto-TransformGainBasedOnthecontrolofMCU1,21,21（1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室；2.中国科学院研究生院）汪龙祺阚珊珊宋克非1王淑荣Wang,LongqiKan,ShanshanSong,KefeiWang,Shurong摘要紫外光谱遥感仪所测量的太阳/大气辐射信号具有范围大、变化快的特点，一般的增益自动转换方法难以实现。为此提出了一种基于单片机控制，并结合模拟及数字通道增益转换优点的自动选择合适增益的设计，提高了仪器的智能化及实时性。关键词：单片机增

2、益自动转换中图分类号：TP368文献标识码：AAbstract:Theradiancedataofsun/atmospherewhichiscollectedbyUltravioletRemoteSensingInstrumenthasthecharacteristicsof.widerangeandspeedychange，anditisdifficultfortheapplicationofthefamiliarmethodsofauto-transformgain.Soadesignofauto-transformgainbasedonthecontrolofMCU,sy

3、nthesizedtheadvantageofanalogicalanddigitalchannelisintroduced,whichmakestheinstrumentmoreintellectiveandrealtime.KeyWord:MCU,gain,auto-transform1引言星载紫外光谱遥感仪器的主要任务是通过测量地外太阳光谱辐照度及大气的太阳后向散射光谱辐亮度，经反演后得出臭氧总量的垂直分布，为全球气候变化提供数据。作为一台空间太阳/大气辐射测量系统，它采用的是压频转换和调制解调实时扣除背景噪声、零点飘移的方案，并具有增益量程宽、精度高、信息量大和能长期稳

4、定工作的特点。太阳/大气紫外光谱辐射强度本身随波长变化很大，其最小量化信号与满量程最大信号45之间要跨越10~10量级。且受云覆盖情况的迅速变化影响，辐射信号的大小也剧烈变化。对于这样大范围且快速变化的信号，如果采用固定增益放大，将导致某些范围的信号测量精度降低，或者某些范围的信号溢出。若完全由硬件实现增益自动转换，将大大地增加系统硬件复杂性，使系统可靠性、灵活性降低。而选择地面数据注入增益信息，对系统增益进行更改的方法，对于变化迅速的空间辐射信号和相对缓慢的人为判断而言，即便频繁地进行数据注入，也无法达到实时转换的目的。此外，国外同类仪器采用了多个不同增益的通道同时数据采集方

5、案，也明显存在硬件复杂、后续处理困难的问题。为此，本文提出了一种基于单片机控制的实时的增益自动转换的方法，保证了紫外光谱遥感仪器工作于最佳的电平区域内，在较宽的增益量程内进行高精度的测量，并取得了满意的结果。2增益量程自动转换方法介绍增益量程是指放大测量信号的量程，它有别于一般测量仪器（如数字万用表使用）的衰减大幅度信号的衰减量程。增益量程自动转换主要有模拟通道量程自动转换和数字通道量程自动转换方法。模拟通道量程自动转换常见的有三种方法。一是采用程控改变放大器增益，由微型机选择一个通道的反馈电阻进行改变放大倍数。其优点是使用元件少，缺点是飘移大，输入阻抗难以提高。另一种方法并联

6、一组不同增益的放大器，通过微机对电子开关进行动作选择不同增益的放大器，实现增益自动切换。它优点是放大器各自独立，飘移较小，输入阻抗可以提高，缺本文课题来源于国家自然科学基金资助项目1项目批准号：60538020点是元件较多。二者转换增益的高低均需要程控方能执行。第三种方法是由硬件根据输入信号大小自动选择反馈通道进行增益转换。优点是可以脱离微型机的程控自行转换，缺点是硬件复杂，与微型机测量采集时序的同步有难度，而且增益量程难以设置为固定量程，灵活性较差。数字通道量程自动转换较模拟通道更为简便，以压频变换器（V/F）为例，可通过改变闸门宽度的方法来实现量程转换。根据输入的模拟电压的

7、大小，改变闸门长短，能够保证电压较大较少时都正确测量并保证一定的精度。对于小信号，可以加宽闸门时间，以提高测量精度。但过长的变换时间显然是不允许的。3紫外光谱遥感仪器增益自动转换方法紫外光谱遥感仪器因异常辐射带对太阳/大气辐射信号的影响，以及探测器的暗电流、前置放大器的噪声与漂移、背景光辐射因素等，都极大地降低了辐射信号测量的精度。为提高信号的信噪比，需使用斩波器将空间辐射光斩切成为交替的“信号+背景”和“背景”的光信号，波形如图1所示。图1经斩光器调制后由光电倍增管输出的信号斩光器频率50