光子相关器制造技术

一种光子相关器，它包括：多个取样门１１ａ－１１ｅ，这些取样门在不同的时期中打开；多个存储器１２ａ－１２ｅ，这些存储器每一个都是与多个取样门１１ａ－１１ｅ中的各个取样门相应地设置的，用于存储与光子数目相应的数据；以及，数据处理控制部分，用于读取存储在存储器１２ａ－１２ｅ中的数据，并借助软件进行相关性计算。包括取样门１１ａ－１１ｅ和存储器１２ａ－１２ｅ的硬件装置使得能够进行数据在存储器中的高速写入和数据的实时读出。另外，软件与上述处理并行地进行相关性计算。因此，能够在各种条件下以高速获得在一种流体中的颗粒的颗粒大小和散射系数。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光子相关器，用于测量当在流体中的颗粒被诸如激光的同相光所照射时以脉冲的形式从该颗粒散射的散射光(以下称为“光子”)。
技术介绍
为了光子的时间分布上的定量和统计数据处理，一个光子相关器在取样门打开的时间(以下称为“取样时间”)中对入射到探测器上的光子的数目以及在比前一取样时间晚τ的一个取样时间中入射到探测器上的光子的数目进行计数，从而计算一个自相关系数。图5显示了光子数目的一种计数方法，其中水平轴表示时间t。一个取样时间用ts表示。在时刻t的取样时间中探测的光子数目用N(t)表示，且在时间(t+τ)的取样时间中探测到的光子数目用N(t+τ)表示。自相关系数G(t)可以通过计算N(t)与N(t+τ)的积并对时间t进行积分而获得。一般地，上述的相关时间τ是从几毫秒至几十毫秒的一个非常宽的范围。对于这样的自相关系数计算，传统上使用了采用硬件的光子相关器或采用软件的光子相关器。采用硬件的光子相关器具有计数上述的光子数目的机制，以及用于累积倍增的一个乘法器，该乘法器是用一个移位寄存器等实现的，用于根据计数的光子数目来进行自相关计算，且其特征在于它能够进行高速实时的相关计算。另一方面，采用软件的光子相关器通过把取样到的光子数目存储在存储器中，并根据一个程序读出已经被存储在存储器中的计数数据，而进行数据处理。因此，取样时间和数据处理方法可以灵活地设定和修正。在上述采用硬件的光子相关器中，包括取样时间ts的自相关计算、相关时间τ的可取范围、相关时间τ在该范围内延伸的增量、以及归一方法，都是预定的。因此，不能进行灵活的数据处理，诸如在一个具体的范围中增大一个相关时间内的分辨率。另外，还不能消除取样中由于灰尘造成的突变的散射光探测数据。另一方面，采用软件的光子相关器所需的处理时间比采用硬件的光子相关器长。当大量的光子数据被装载以获得一个长的相关时间时，数据的处理需要如此长的时间以致在该时期中光子测量被暂停，因而造成了数据装载效率差的问题。因而本专利技术的目的就是提供一种光子相关器，它既有硬件处理的高速速度又具有软件处理的灵活性。
技术实现思路
根据本专利技术的一种光子相关器包括多个取样门，它们在不同的时期中打开；多个存储器，其每一个与所述多个取样门中的一个相应地设置，用于存储与光子数目相应的数据；以及，一个数据处理控制部分，用于与把数据存储到这些存储器中并行地读取存储在这些存储器中的数据，并借助软件进行一种相关性计算。取样门中的相应的取样门的打开不是随机的，而是按照同步的时序的。在上述结构中，硬件的装置包括所述取样门和保证数据在存储器中的高速写入和实时读出的存储器。另外，软件与上述处理并行地进行相关性计算。因此，能够在不同的条件下高速地获得包括颗粒大小和流体中的颗粒的散射系数的数据。进一步地，由于相关性计算是借助软件在测量期间并与测量并行地进行的，由于取样中的灰尘而产生的数据异常能够容易地被探测出来，从而便利了异常数据的消除。为了避免数据处理时间的延长，数据处理控制部分优选地包括用于相关性计算的一个外部存储器，且该外部存储器优选地存储光子数目的数据。通过利用该外部存储器，与光子数目相应的数目的数据可以得到存储，从而即使在用于相关性计算的相关时间τ被延长的情况下也能够进行相关性计算。上述“相应的数目”是是当取入光子时在一个时间中能够探测到的光子数目。例如，当每秒被散射的光子数目是10000个时，在2秒内探测到的光子数目是20000个。以下结合附图描述本专利技术的一个最佳实施例。附图说明图1显示了包括根据本专利技术的光子相关器8的一个测量系统的总体配置。图2显示了包括门和存储器的硬件结构，该结构实现了光子数目计数功能部分10。图3是框图，显示了进行自相关计算的DSP的功能部分20。图4是流程图，显示了在相关性计算部分21a-21e处进行的相关性计算的过程。图5显示了一种光子数目计数方法。具体实施例方式图1显示了包括一个光子相关器8的测量系统的总体配置。从一个激光设备1发出的相干光被一个透镜2所会聚并进入一个光输入光纤4。该光输入光纤4的一端与用于测量光散射的一个探头3相连。用于测量光散射的探头3被插入到一个小室5中，该小室5中充有一种样品流体h，从而使样品流体h被从探头3的该端所发出的激光束所照射，从而测量光散射。从样品中的一个散射体积V散射的光进入设置在探头3中的一个用于测量光散射的散射光测量光纤6并被一个诸如光电倍增器的光电探测器7所接收，在光电探测器7光子的时间序列数据得到测量。该数据的自相关系数在光子相关器8得到计算。用于计算流体中的颗粒的颗粒大小和散射系数等的一个主计算机用标号9表示。主计算机9对该测量系统进行总体控制。另外，考虑到相干光的保持，光输入光纤4和散射光测量光纤6优选地是单模光纤。光子相关器8具有用于计数光子数目的功能部分10和用于进行自相关计算的功能部分20。用于计数光子数目的功能部分10是由包括门电路和存储器的硬件实现的。用于进行自相关计算的功能部分20是当一个内装计算机(以下把该计算机称为“DSP”(数字信号处理器))执行记录在诸如程序ROM的记录介质中的一个程序时借助该内装计算机而实现的。图2显示了包括实现用于计数光子数目的功能部分10的门电路和存储器的硬件。从光电探测器7输出的光子数据(它们可以由例如与光子数目相应的脉冲电压所表示)被输入到多个门电路11a-11e。门电路11a-11e对于不同的时期彼此同步地打开它们的门。在图2中，有五个门电路11a、11b、11c、11d和11e，它们的门分别打开1微秒、2微秒、4微秒、8微秒和16微秒。来自门电路11a-11e的输出被提供到存储器12a-12e，这些存储器是诸 SRAM的高速存储器并存储光子数目。存储器12a与1微秒门电路11a对应并具有用于存储光子数目的数据的四个区。存储器12a依次在这四个区中存储光子数目的数据。如以下将要描述的，在这四个区变满之前，数据被依次读出。因此，存储器12a能够保持存储光子数目的一系列的数据。存储器12b与2微秒门电路11b相应，并具有用于存储光子数目的数据的两个区。存储器12b在这两个区中依次地存储光子数目的数据。如将要在后面描述的，数据在该两个区变满之前被依次读出。因此，存储器12b能够保持存储一系列的光子数目数据。存储器12c与4微秒门电路11c相应，并具有用于存储光子数目数据的两个区。存储器12d与8微秒门电路11d相应，并具有用于存储光子数目的数据的两个区。存储器12e与16微秒门电路11e相应并具有用于存储光子数目数据的两个区。这些区以与存储器12b的使用方式相同的方式得到使用。在从1微秒至16微秒的不同时间范围的时期中收集时间系列数据的理由，是希望根据用于相关性计算的相关时间τ而选择优化的时期中的时间系列数据。例如，当试图以1微秒时期中的数据进行所有计算时，相关时间τ越长，数据数目变得越大，从而造成了数据处理时间的延长。通过有选择地地使用在不同的时期中的时间系列数据，可以避免数据处理时间的这种延长。例如，对于相关时间τ为1-20微秒的相关性计算，1微秒时期中的时间系列数据是优化的。对于20-80微秒的相关时间τ的相关性计算，2微秒时期中的时间系列数据得到采用。对于480-960微秒或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子相关器，包括：多个取样门，这些取样门在不同的时期中打开；多个存储器，其每一个都与所述多个取样门中的各个取样门相应地设置，用于存储与光子数目相应的数据；以及一个数据处理控制部分，用于与数据在所述存储器中的存储并行地读取存储 在所述存储器中的数据，并借助软件进行一种相关性计算。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：筒井和典，赤木基信，座主靖，森泽且广，
申请(专利权)人：大塚电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]