一种高精度高采样率的数据采集系统及采集方法技术方案

本发明专利技术涉及量子信息获取的数据采集系统，具体涉及一种高精度高采样率的数据采集系统及采集方法，是一种软硬件结合以获取量子信息的高速数据采集系统，包括数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块的输出端连接计算机上的数据处理模块，模块间由传输线连接，操作方便简单，数据采集模块对荧光数据监视、采集，存入数据采集卡的样本空间中，并且通过数据线传输至上位机的数据处理模块中，由处理模块负责分析和计算数据，形成可视化的可读性高的图形数据文件，能够满足实验上对高采集速率和高采集精度的需求，可以适用各种序列下量子信息高精度提取，无需更换硬件，适用范围广，成本低可继续开发。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度高采样率的数据采集系统及采集方法
本专利技术涉及量子信息获取的数据采集系统，具体涉及一种高精度高采样率的数据采集系统及采集方法。
技术介绍
在实验中的一些特定情况下，量子的相干时间相对于采集速度而言较短，其特性的保持时间大约在微秒量级，当量子的特性以很快的速度消失的情况下，为了能够高速的记录下量子的状态变化，对于其状态的记录就有很高的采集的速度和精度要求。目前各类信号采集的设备体现出颇多局限，前较常用的采集系统有示波器，对于示波器的采集方式来说，示波器与探头的兼容能力有限，适用范围小，其测量复杂信号能力差，由于采样点数有限，使得很多波形细节信息无法显示出来，又因示波器其有限的显示分辨率和屏幕刷新速度，它不能完全重现模拟显示的效果，可能出现假象和混淆波形；在特定实验中，瞬时信号的单次采集并不能在保真度等要求上符合实验分析的需求，所以可以使用重复性好的输入信号，在输入信号的多个周期上重复采集，收集足够的样点数，在大量的重复信号的采集要求之下，由于存储深度或是示波器有限的分辨率等原因，其获取的数据有限；同时由于示波器输入输出端口数量的限制，为了更精确的处理采集到的数据，需要在采集完成后用移动设备将数据上传至上位机，用专业软件处理重现信号波形进行分析，这一过程浪费大量时间。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高精度高采样率的数据采集系统及采集方法，该系统功能丰富，适用范围广，是一种可扩展性强的软硬件结合的数据采集系统，操作快速、方便、无须更换硬件，可以适用各种序列下量子信息高精度提取，成本较低可继续开发，具有高采样率，高样本点数，以及充分满足实验需求的优点。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高精度高采样率的数据采集系统，包括数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块的输出端连接计算机上的数据处理模块，模块间由传输线连接；所述数据采集模块包括数据采集设备和采集卡，以数据采集卡为硬件支撑，数据采集卡的采样率为1G/s，样本点数为2G，采样位数为16位。计算机的操作系统应为win8/win10，为充分发挥性能，主板具有PCI-EX16或以上插槽，CPU主频在2GHz以上。所述数据处理模块包括数据对模块输入/输出子模块、模块对数据采集卡内存读写子模块和数据处理所需的数据交换子模块。数据处理模块拥有计算机的图形界面，可以完成硬件的操作，设置，初始化和显示输出，数据处理模块内置有滤波算法、带通算法、多点平均算法。系统处理后的全部周期的荧光强度数据绘图，可保存为ASCII码或png图像等形式的文件。进一步的，该系统既适用连续信号，又适用脉冲信号。一种高精度高采样率的数据采集方法，具体步骤如下：（1）将数据采集卡安装于计算机上，调试设备确认信号能被设备正常接收；（2）启动数据采集软件，对数据采集卡进行初始化；（3）设置采集参数、通道参数和触发参数，系统适用各种序列下量子信息高精度提取，将序列加载至任意一个通道并执行运行，开始采集荧光数据信号；（4）使用激光和微波调制状态，数据采集卡对荧光数据监视、采集，并把数据存入采集卡的样本空间中，通过数据线传输至上位机的数据处理模块中；（5）选择算法分析和计算数据，提高信号信噪比；（6）形成可视化的可读性高的图形数据文件并保存。进一步的，可根据需要选择算法，提高信噪比。与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果：（1）由于本数据采集系统具有一定的可扩展性，可以用于更加精密的实验与测量之中，同时与传统仪器相比降低了成本；（2）适用范围广，对于连续信号和脉冲信号都能适用（示波器型只能采集连续信号）；（3）在插槽的通讯协议的限制之下，整个系统的采样能力由硬件确定上限，只更换硬件就可以对整个系统的采样能力进行提升；（4）本身的数据处理算法可以弥补一定程度上的失真情况，并且数据采集卡和上位机的结合可以更高效的处理数据，对实际实验效率有明显的提升，信号的信噪比也很好；（5）操作快速、方便、无须更换硬件、可以适用各种序列下量子信息高精度提取。附图说明图1具体实施方式流程图；图2软件界面示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。一种高精度高采样率的数据采集系统，包括数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块的输出端连接计算机上的数据处理模块，模块间由传输线连接；数据采集模块包括数据采集设备和采集卡，以数据采集卡为硬件支撑。计算机的操作系统应为win8/win10，为充分发挥性能，主板具有PCI-EX16或以上插槽，CPU主频在2GHz以上。数据处理模块包括数据对模块输入/输出子模块、模块对数据采集卡内存读写子模块和数据处理所需的数据交换子模块；数据处理模块拥有计算机的图形界面，可以完成硬件的操作，设置，初始化和显示输出，数据处理模块内置有滤波算法、带通算法、多点平均算法。系统处理后的全部周期的荧光强度数据绘图，可保存为ASCII码或png图像等形式的文件。如图1，以NV色心的脉冲ODMR光谱和Rabi震荡的检测实验为例对本专利技术的采集方法进行说明，具体步骤如下：（1）将数据采集卡安装于计算机上，数据采集卡能识别被测的模拟或数字信号，自动采集并送到上位机中进行分析、处理，其提供1G/s的采样率，2G个样本点数以及16位的采样位数，将光电探测器等数据采集设备接上电源，调试设备确认信号能被设备正常接收；（2）将数据采集软件打开，界面如图2，对数据采集卡进行初始化并调试，确保数据采集卡的通道信息、触发设置、样本状态的正常，在软件上设置采集参数、通道参数和触发参数；为了监测荧光强度来研究电子自旋态，选取使用功率为15毫瓦的激光器，选用某一型号任意波形发生器，将任意波形发生器的微波电压幅值设置为1.5v，模式设置为IQ调制模式，采样率设置为2.5Gs/s，基频设置为2.4GHz，选用某一型号微波功率放大器设置其增益为20dBm；（3）系统适用各种序列下量子信息高精度提取，将序列加载至任意波形发生器的一个通道并执行运行，其微波脉冲信号传输至射频功率放大器放大，再由共振天线施加到NV色心上；（4）打开上位机软件，数据采集卡等待到上升沿信号接受触发，采集光电探测器输出端荧光数据，数据记录完成后由数据采集卡发送至计算机软件中，软件开始识别数据中的有效信息，使用重复性好的输入信号，数据采集卡在输入信号的多个周期上重复采集，收集到了足够的样点数，软件利用这些样本点重新构建波形，此时信号拥有较高的保真度和信噪比，并且有效减少因采样率不足而出现的失真和假信号现象；（5）在软件中根据需要选择滤波算法，提高信噪比，减少实验上抖动等因素对信号的影响；（6）处理后的全部脉冲周期的荧光强度数据由软件进行绘图，并在窗口中显示，同时将处理结果保存为文件；（7）在过程（2）中将任意波形发生器基频设置为ODMR光谱共振峰频率，重复上述步骤（1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度高采样率的数据采集系统，其特征在于，包括数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块的输出端连接计算机上的数据处理模块，模块间由传输线连接；/n所述数据采集模块包括数据采集设备和采集卡；/n所述数据处理模块包括数据对模块输入/输出子模块、模块对数据采集卡内存读写子模块和数据处理所需的数据交换子模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度高采样率的数据采集系统，其特征在于，包括数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块的输出端连接计算机上的数据处理模块，模块间由传输线连接；
所述数据采集模块包括数据采集设备和采集卡；
所述数据处理模块包括数据对模块输入/输出子模块、模块对数据采集卡内存读写子模块和数据处理所需的数据交换子模块。


2.根据权利要求1所述的一种高精度高采样率的数据采集系统，其特征在于，该系统既适用连续信号，又适用脉冲信号。


3.根据权利要求1所述的一种高精度高采样率的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集卡的采样率为1G/s，样本点数为2G，采样位数为16位。


4.根据权利要求1所述的一种高精度高采样率的数据采集系统，其特征在于，所用计算机的操作系统应为win8/win10，主板具有PCI-EX16或以上插槽，CPU主频在2GHz以上。


5.根据权利要求1所述的一种高...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪澜真，陆澄锋，张扬，陈佳骏，梁家栋，黄慧杰，张真榕，刘郁松，张浩，李志明，万佳乐，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14