专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，用于测量或标定高速光信号采集设备（如高速相机）和高速电信号采集设备（如高速应变仪）之间对于触发信号的响应时差，其中，该测量系统包括：信号发生单元、数据采集单元和数据处理单元。本发明所述测量系统能够实现高速光信号采集设备（如高速相机等）和高速电信号采集设备（如高速应变仪等）之间启动时差的标定和测量，解决了以往高速测量中高速光、电信号间不能精确对时的问题。该测量系统启动时差测量精度达10ns，可以满足绝大多数高速测量过程的精度要求。

权利要求

1.一种高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，用于测量或标定高速光信号采集设备和高速电信号采集设备之间对于触发信号的响应时差，其特征在于，该测量系统包括：信号发生单元、数据采集单元和数据处理单元；其中，

所述信号发生单元，与所述数据采集单元相连接，用于根据所标定的光、电信号采集设备触发信号的要求产生并同时发送三路触发信号以启动所述数据采集单元；

所述数据采集单元，与所述信号发生单元和数据处理单元相连接，用于接收所述信号发生单元同时发送的三路触发信号，启动所述高速光、电信号采集设备以及波形信号发生电路，所述高速光、电信号采集设备中采集信号发生电路所产生的数据给所述数据处理单元；

所述数据处理单元，与所述数据采集单元相连接，用于分析和处理所述数据采集单元所采集的数据，得到所述高速光、电采集设备的启动时差。

2.如权利要求1所述的高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，其特征在于，所述数据采集单元，包括：波形信号发生电路、信号延时电路、信号转换电路、激光管、半反半透镜、光强减弱镜、光敏二极管、电压信号放大电路、高速电信号采集设备和高速光信号采集设备；其中，

所述波形信号发生电路，与所述信号发生单元和信号延时电路相连接，用于在接收到来自所述信号发生单元的其中一路触发信号后，产生一个指定的高频正弦波或者方波给所述信号延时电路；

所述信号延时电路，与所述波形信号发生电路和信号转换电路相连接，用于接收所述正弦波或者方波并对其进行延时处理后，发送给所述信号转换电路；

所述信号转换电路，与所述信号延时电路和激光管相连接，用于接收延时后的正弦波或者方波，对其进行处理，产生符合标准的工作电压信号给所述激光管；

所述激光管，与所述信号转换电路相连接，用于在接收到所述信号转换电路发送的电压信号后，按输入电压规律发出激光束投射至所述半反半透镜上，其光束出射方向与所述半反半透镜垂直；

所述半反半透镜，与所述激光管和光强减弱镜处于同一光路中，用于将所述激光管产生的激光分为两束，一束激光投射至所述光强减弱镜，另一束激光投射至光屏上；

所述光强减弱镜，与所述半反半透镜和光敏二极管处于同一光路中，用于减弱经过所述半反半透镜后的透射光束的光强，之后使其照射在所述光敏二极管上；

所述光敏二极管，与所述光强减弱镜和电压信号放大电路处于同一光路中，用于将通过所述光强减弱镜后的激光的光强变化转化为电压变化，其转换延时为10ns；

所述电压信号放大电路，与所述光敏二极管和高速电信号采集设备相连接，用于将所述光敏二极管产生的弱电压变化信号放大为满足所述高速电信号采集设备测量要求的电压信号；

所述高速电信号采集设备，与所述电压放大电路相连接，用于采集所述电压信号放大电路产生的电压信号；

所述高速光信号采集设备，与所述信号发生单元相连接，用于在接收到来自所述信号发生单元的一路触发信号后采集照射在所述光屏上的激光光点图像。

3.如权利要求2所述的高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，其特征在于，所述高速电信号采集设备进一步为高速应变仪采集设备。

4.如权利要求1所述的高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，其特征在于，所述高速光信号采集设备进一步为高速相机。

说明书

技术领域

本发明涉及基于高速光、电信号采集的动态测量分析领域，特别涉及一种高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量。

背景技术

在实验力学或特殊工程检测领域中，当需要测量材料或结构的动态力学行为或研究结构的破坏与毁伤等快速变形或破坏过程时，必须用高速信号采集设备来采集实验数据。实际中常用的高速采集设备有两类：一类是电（压）信号采集设备，用于采集各类传感器输出的电（压）信号，这种设备一般用来采集应变、载荷等物理量的快速变化过程或者用来直接测量高频振动（如加速度）信号；另一类是光信号采集设备，如高速相机，这种设备一般用来采集高速图像。

在前述科学研究和工程检测中，用高速相机记录的快速过程的图像一般需与载荷、应变、温度、压力等信号配合起来才能深入分析材料或结构的动态力学行为。

例如，在研究一个结构加载破坏行为时，需要知道高速相机拍摄的某个破坏状态对应的载荷是多少；或者在爆炸的某个场景下，其温度或压力是多少。为此，在此类测量中，高速光、电信号采集设备是需要联合使用的，这就要求高速光信号采集设备（以下以高速相机为例来说明）采集到图像信号与高速电信号采集设备（以下以高速应变仪为例来说明）采集到的电信号在时间上能严格对应起来。目前的常规做法如图1所示：

1）由触发开关产生一个“起始”信号，将此信号分出两路，并用相应电路将该信号变换为与高速相机和高速应变仪相适应的触发信号，然后分别触发高速相机和高速应变仪；

2）假设高速相机和高速应变仪同时启动采集，高速相机的第一幅图像和高速应变仪的第一个数据在时间轴上精确对应；

3）利用高速相机和高速应变仪的采集速率换算后续图像和数据的采集时刻，并将其在时间轴上依次对准。

但实际中，上述第（2）点假设不一定成立，或者说很多情况下不成立。这是因为，高速设备从接收到触发信号到开始采集有一个非常小但确实存在的时间差（以下称之为触发响应时间），而由于高速相机和高速应变仪生产厂家不同，仪器结构不同，很可能其触发响应时间存在差异。也就是说，虽然触发信号同时到达高速相机和高速应变仪，高速相机的第一幅图像和高速应变仪的第一个数据不一定同时采集，二者存在一个时间差（即两个系统触发响应时间的差，以下称为对时误差）。这种对时误差取决于不同的系统的内部结构，是一种客观存在的误差。一般情况下，对时误差在百分之几到十分之几毫秒量级，对于不太快的过程，如每秒钟数百幅至一千幅图像的采集速度，这种误差不容易引起注意，或者可以被忽略；但对于非常快速过程的研究，如每秒数十万幅图像的采集速度，这种对时误差可能导致几幅到几十幅图像的偏差，使数据分析出现严重错误。

目前还没有一种测量或标定这种对时误差的系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，以解决现有光、电高速联合观测系统中无法测量或标定高速相机和高速电信号数据采集器之间启动时差的问题。

本发明提供的测量系统用于测量或标定高速光信号采集设备和高速电信号采集设备之间对于触发信号的响应时差，其特征在于，该测量系统包括：信号发生单元、数据采集单元和数据处理单元；其中，

所述信号发生单元，与所述数据采集单元相连接，用于根据所标定的光、电信号采集设备的触发信号要求产生并同时发送三路触发信号以启动所述数据采集单元；

所述数据采集单元，与所述信号发生单元和数据处理单元相连接，用于接收所述信号发生单元同时发送的三路触发信号，启动所述高速光、电信号采集设备以及波形信号发生电路，所述高速光、电信号采集设备中采集信号发生电路所产生的数据给所述数据处理单元；

所述数据处理单元，与所述数据采集单元相连接，用于分析和处理所述数据采集单元所采集的数据，得到所述高速光、电采集设备的启动时差。

进一步地，其中，所述数据采集单元，包括：波形信号发生电路、信号延时电路、信号转换电路、激光管、半反半透镜、光强减弱镜、光敏二极管、电压信号放大电路、高速电信号采集设备和高速光信号采集设备；其中，

所述波形信号发生电路，与所述信号发生单元和信号延时电路相连接，用于在接收到来自所述信号发生单元的其中一路触发信号后，产生指定频率的正弦波或者方波给所述信号延时电路；

所述信号延时电路，与所述波形信号发生电路和信号转换电路相连接，用于接收所述正弦波或者方波进行延时处理后，发送给所述信号转换电路；

所述信号转换电路，与所述信号延时电路和激光管相连接，用于接收延时后的正弦波或者方波，对其进行处理产生适合工作的电压信号给所述激光管；

所述激光管，与所述信号转换电路相连接，用于在接收到所述信号转换电路发送的电压信号后，按输入电压规律发出激光束投射至所述半反半透镜上，其光束出射方向与所述半反半透镜垂直；

所述半反半透镜，与所述激光管和光强减弱镜处于同一光路中，用于将所述激光管产生的激光分为两束，一束激光投射至所述光强减弱镜，另一束激光投射至光屏上；

所述光强减弱镜，与所述半反半透镜和光敏二极管处于同一光路中，用于减弱经过所述半反半透镜后的透射光束的光强，之后使其照射在所述光敏二极管上；

所述光敏二极管，与所述光强减弱镜和电压信号放大电路处于同一光路中，用于将通过所述光强减弱镜后的激光的光强变化转化为电压变化；

所述电压信号放大电路，与所述光敏二极管和高速电信号采集设备相连接，用于将所述光敏二极管产生的弱电压变化信号放大为满足所述高速电信号采集设备测量要求的电压信号；

所述高速电信号采集设备，与所述电压放大电路相连接，用于采集所述电压信号放大电路产生的电压信号；

所述高速光信号采集设备，与所述信号发生单元相连接，用于在接收到来自所述信号发生单元的一路触发信号后采集照射在所述光屏上的激光光点图像。

进一步地，其中，所述高速电信号采集设备进一步为高速应变仪。

进一步地，其中，所述高速光信号采集设备进一步为高速相机。

本发明所述一种高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，具有如下技术效果：

1）采用本发明所述测量系统能够实现高速相机和高速电信号采集设备之间启动时差的标定和测量，解决了以往高速测量中高速光、电信号间不能精确对时的问题。

2）采用本发明所述测量系统在启动时差测量精度达10ns，可以满足绝大多数高速过程的测量。

附图说明

图1是现有技术中的高速光、电信号采集设备结构示意图；

图2是本发明实施例一所述高速光、电信号采集设备之间启动时差测量的系统结构示意图；

图3是本发明实施例一所述测量系统中数据采集单元202的具体内部结构示意图；

图4是本发明实施例一所述测量系统中的信号发生单元201的具体电路结构图；

图5是本发明实施例一所述测量系统中的数据采集单元202的具体电路结构图；

图6是本发明实施例一所述测量系统中数据处理单元203得出的高速相机和高速应变仪所采集的数据曲线及对时误差分析过程图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如图2所示，为本发明所提供的一种高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统，用于测量或标定高速光信号采集设备和高速电信号采集设备之间对于触发信号的响应时差，其中，该测量系统包括：信号发生单元201、数据采集单元202和数据处理单元203；其中，

所述信号发生单元201，与所述数据采集单元202相连接，用于根据所标定的光、电信号采集设备的触发信号要求产生并同时发送三路触发信号以启动所述数据采集单元202；其中如图4所示，为信号发生单元201在本实施例中的具体电路结构图。

所述数据采集单元202，与所述信号发生单元201和数据处理单元203相连接，用于接收所述信号发生单元201同时发送的三路触发信号，启动所述高速光、电信号采集设备和信号发生电路，所述高速光、电信号采集设备中采集信号发生电路所产生的数据给所述数据处理单元203；

所述数据处理单元203，与所述数据采集单元202相连接，用于分析和处理所述数据采集单元202所采集的数据，得到高速光、电采集设备的对时误差。

具体地是，从高速光信号采集设备采集的图像序列中分析出光点的光强变化数据，并将其与电信号采集设备采集的电压变化数据在时间轴上进行匹配和对比，得到对时误差。

进一步地，如图3所示，所述数据采集单元202，包括：波形信号发生电路2021、信号延时电路2022、信号转换电路2023、激光管2024、半反半透镜2025、光强减弱镜2026、光敏二极管2027、电压信号放大电路2028、高速电信号采集设备2029（本实施例中采用的是高速应变仪）和高速光信号采集设备2030（本实施例中采用的是高速相机）；其中，

所述波形信号发生电路2021，与所述信号发声单元201和信号延时电路2022相连接，用于接收来自所述信号发生单元201的其中一路触发信号，产生指定频率的正弦波或者方波给所述信号延时电路2022；

所述信号延时电路2022，与所述波形信号发生电路2021和信号转换电路2023相连接，用于接收所述正弦波或者方波进行延时处理后，发送给所述信号转换电路2023；

所述信号转换电路2023，与所述信号延时电路2022和激光管2024相连接，用于接收延时后的正弦波或者方波，对其进行处理产生电压信号给所述激光管2024；

所述激光管2024，与所述信号转换电路2023相连接，用于在接收到所述信号转换电路2023发送的电压信号后，按输入电压规律发出激光束投射至所述半反半透镜2025上，其光束出射方向与所述半反半透镜2025垂直；

所述半反半透镜2025，与所述激光管2024和光强减弱镜2026处于同一光路中，用于将所述激光管2024产生的激光分为两束，一束激光投射至所述光强减弱镜2026，另一束激光投射至光屏上；

所述光强减弱镜2026，与所述半反半透镜2025和光敏二极管2027处于同一光路中，用于减弱经过所述半反半透镜2025后的透射光束的光强，之后使其照射在所述光敏二极管2027上；

所述光敏二极管2027，与所述光强减弱镜2026和信号转换电路2023处于同一光路中，用于将通过所述光强减弱镜2026后的激光的光强变化转化为电压变化；

所述电压信号放大电路2028，与所述光敏二极管2027和高速电信号采集设备2029相连接，用于将所述光敏二极管2027产生的弱电压变化信号放大为可以满足所述高速电信号采集设备2029测量要求的电压信号；

所述高速电信号采集设备2029，与所述电压信号放大电路2028相连接，用于采集所述电压信号放大电路2028产生的电压信号；

所述高速光信号采集设备2030，与所述信号发生单元201相耦接，用于接收来自所述信号发生单元201的一路触发信号后采集照射在所述光屏上的激光光点图像。

如图5所示，为所述数据采集单元202在本实施例中的具体电路结构图，其中所述高速电信号采集设备2029在附图中为高速应变仪（或者也可称为动态应变仪）通过其实现具体操作，所述高速光信号采集设备2030在附图中为高速CCD通过其来实现具体操作。

下面结合图2、3、5及6所示，对本发明上述实施例一所述种高速光、电信号采集设备之间启动时差测量的系统的具体操作步骤进行说明，具体步骤如下：

第一步，按照图2所示的整体结构进行本发明所述测量系统的安装就位；

第二步，调整数据采集单元202中的半反半透镜2025和反射镜位置使反射激光光束的斑点位于光屏中央，并调整光强减弱镜2026和光敏二极管2027的位置使透射后的另一束激光光束的斑点位于光敏二极管2027的中心位置；

第三步，将高速相机（高速CCD）放置于被测的光屏正前方，使光屏上的激光光束的斑点位于被测区域中心，并调节焦距使其成像清晰；

第四步，设置动态应变仪的参数，便于测量；

第五步，启动信号发生单元201，产生三路触发信号给所述数据采集单元202，并开始实验记录数据；

第六步，数据处理单元203接收来自所述数据采集单元202上高速相机和动态应变仪所采集的数据进行分析和对比，得到对时误差。

对于第六步来说，具体操作是：根据高速相机的采样频率换算每幅图像的采集时刻，然后将高速相机采集的图像导出到数据处理单元203中，统计图像中包含激光点的一个小区域的平均的变化曲线，将变化曲线与动态应变仪中采集到的光敏二极管中的电压变化曲线绘制到一幅图像上，对比可得到高速相机和动态应变仪的启动时差（如图6所示）。

与现有技术相比，本发明所述一种高速光、电信号采集设备之间启动时差测量的系统，具有如下技术效果：

1）采用本发明所述测量系统能够实现高速相机和高速电信号采集设备之间启动时差的标定和测量，解决了以往高速测量中高速光、电信号间不能精确对时的问题。

2）采用本发明所述测量系统在启动时差测量精度达10ns，可以满足绝大多数高速过程的测量。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何所属技术领域技术人员可依据本发明的精神轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求为准。

高速光、电信号采集设备之间启动时差的测量系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。