技术摘要：
本发明公开了一种多通道增益可控的光电检测系统及其方法，包括：n个PMT模块、n个电流放大器、多通道增益调节子系统和采集子系统，PMT模块将光信号转换为电流信号，电流放大器将电流信号放大并转换为电压信号，多通道增益调节子系统通过主FPGA模块完成对电压信号的采集  全部
背景技术：
光电检测系统是将光学信息转换为电子学信息的电子系统，广泛应用于各个领 域，如等离子体物理领域，在托卡马克装置中，光电检测系统可以检测多种等离子体信号， 例如快离子Dα诊断。托卡马克装置中的等离子体的辐射能量随着辅助加热功率不同而产生 较大的差异，由于信号本身十分微弱，且幅值范围较大，甚至会相差几个量级这样的情况， 需要配套的光电检测系统能够具有高增益、响应时间快以及快速改变增益的能力。 在托卡马克装置放电实验过程中，由于实验特殊性，所处环境处于密闭不开放状 态，部分诊断的光电检测系统需要具备实时改变系统增益的能力，来实现诊断信号最优化。 光电检测系统采用PMT模块作为光电传感器。目前，传统PMT模块增益调节方法是 使用电位计手动调节控制电压来调节其增益，这种调节方式需依靠个人经验，且只能在实 验现场进行，操作十分不便。同时，对于时间响应比较快的信号，电位计手动调节无法即时 调节到合适的控制电压值，相对延迟时间较长，影响采集信号准确性。
技术实现要素：
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种多通道增益可控的光 电检测系统及其方法，以期能够不受环境限制，使光电检测系统能够具有高增益、响应时间 快以及自适应调节多通道系统增益的能力，从而能实现对不同量级检测信号的最优化处 理。 本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案： 本发明一种多通道增益可控的光电检测系统的特点包括：多通道增益调节子系 统、n个PMT模块、n个电流放大器和采集子系统； 多通道增益调节子系统包括：主FPGA模块和m个从FPGA模块； 由任意第i个PMT模块、第i个电流放大器和所述采集子系统构成第i路光电检测子 系统；1≤i≤n； 所述第i个PMT模块将所接收到的光信号转换为第i路电流信号Ii； 所述第i个电流放大器将所述第i路电流信号Ii进行放大并转换处理，得到第i路 电压信号Ui； 所述主FPGA模块采集所述第i路电压信号Ui并判断所述第i路电压信号Ui的幅值过 饱和或着过小，若是，则计算第i路增益调节控制电压Vi，并发送给相应的从FPGA模块，由相 应的从FPGA模块输出给第i个PMT模块，从而改变所述第i路光电检测子系统的增益，以实现 所述光电检测系统对光信号的自适应检测；否则，直接将所述第i路电压信号Ui发送给所述 采集子系统用于对所述第i路电压信号Ui进行显示和保存。 4 CN 111596183 A 说　明　书 2/4 页 本发明所述的光电检测系统的特点也在于，所述主FPGA模块包括：ADC模块和主 FPGA核心模块； 所述主FPGA核心模块包括：ADC控制器、增益调整计算模块、权值计算模块、权值存 储器、主SPI模块和主逻辑控制模块； 所述ADC模块将所述第i路电压信号Ui转换为第i路数字量并送入主FPGA核心模块 内； 在所述主逻辑控制模块下，所述ADC控制器在当前周期下接收第i路数字量并进行 存储； 所述增益调整计算模块对当前周期下的第i路数字量与期望的输出电压相减，得 到当前周期下的第i路增益调整误差εi； 所述权值计算模块将所述当前周期下的第i路增益调整误差εi、迭代步长u以及第 i路数字量相乘，从而得到中间值A，再将所述中间值A与上一个周期下的第i路权值向量的 各分量分别相加后得到当前周期下的第i路权值向量；令初始的权值向量为w0； 所述权值存储器存储当前周期下的第i路权值向量； 所述增益调整计算模块将当前周期下的第i路数字量与当前周期下的第i路权值 向量相乘并累加，从而得到当前周期下的第i路增益调节控制电压Vi； 所述主SPI模块将第i路增益调节控制电压Vi发送给相应的从FPGA模块。 所述从FPGA模块包括：DAC模块和从FPGA核心模块； 所述从FPGA核心模块包括：从SPI模块、数据存储器、数据分配处理、从逻辑控制模 块、DA控制器和DAC模块； 在所述从逻辑控制模块下，所述从SPI模块接收第i路增益调节控制电压Vi并发送 给所述数据存储器进行存储； 所述数据分配处理读取所述第i路增益调节控制电压Vi，并分配给第i个PMT模块 所对应的DA控制器； 所述DA控制器产生DA控制信号给所述DAC模块； 所述DAC模块将第i路增益调节控制电压Vi转化为第i路增益调节控制模拟量，并 输出给第i个PMT模块。 本发明一种多通道增益可控的光电检测方法的特点是应用于由主FPGA模块、m个 从FPGA模块、n个PMT模块、n个电流放大器和采集子系统构成的检测系统中，并由任意第i个 PMT模块、第i个电流放大器和所述采集子系统构成第i路光电检测子系统，所述光电检测方 法是按如下步骤进行： 步骤1、所述第i个PMT模块将所接收到的光信号转换为第i路电流信号Ii； 步骤2、所述第i个电流放大器将所述第i路电流信号Ii进行放大并转换处理，得到 第i路电压信号Ui； 步骤3、所述主FPGA模块采集所述第i路电压信号Ui并判断所述第i路电压信号Ui的 幅值过饱和或者过小，若是，则执行步骤4；否则，执行步骤6 步骤4、所述主FPGA模块计算第i路增益调节控制电压Vi，并发送给相应的从FPGA 模块； 步骤5、相应的从FPGA模块输出给第i个PMT模块，从而改变所述第i路光电检测子 5 CN 111596183 A 说　明　书 3/4 页 系统的增益后，返回步骤1； 步骤6、直接将所述第i路电压信号Ui发送给所述采集子系统用于对所述第i路电 压信号Ui进行显示和保存。 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 1、本发明通过多通道增益调节子系统、PMT模块、电流放大器和采集子系统实现了 多路光电检测系统对存在时间较短、具有不同量级光信号的自适应检测。 2、本发明通过多通道增益调节子系统，利用主FPGA模块完成对电压信号的采集， 并计算光电检测系统增益调节控制电压，从FPGA模块完成对增益调节控制电压的输出，能 够快速、准确的完成对光电检测系统增益的调节，减少了延迟时间，提高了采集信号的准确 性。 3、本发明多通道增益调节子系统，运用数字化、集成化的设计，通过增益调整计算 模块、权值计算模块能够自适应的快速调节多通道光电检测系统的增益，使得光电检测系 统可以不受复杂环境的影响，自适应检测多路光信号。 附图说明 图1为本发明多通道增益可控光电检测系统结构图； 图2为本发明多通道增益调节子系统主FPGA硬件图； 图3为本发明多通道增益调节子系统从FPGA硬件图。