專利名稱：基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種微粒分布測量裝置，尤其是涉及一種基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置及測量方法。
背景技術：
現有的微粒分布分析(paticle size anlysis)的基本思想方法一篩分法是一種具有很長歷史的微粒測定方法，篩分法測量是利用一組篩孔大小不同的標準篩將粉末進行篩分，然后對每個篩上樣品分別進行稱重，進而得到微粒分布數據，并由分布計算出最大直徑，平均直徑等其它參數。用于數據的圖形方法主要有累積分布曲線(cumulativecurve)，頻數分布直方圖(frequency histogrm)。
頻數分布直方圖是表示某一粒徑或某一粒徑范圍內的顆粒在全部顆粒中占的百分比，而累積分布曲線則表示小于(或大于)某一粒徑的顆粒在全部顆粒中所占的比例。
頻數分布直方圖是表示微粒分布變化情況的主要工具，在微粒分布統計分析中占有重要的地位。首先是將數據分組，根據一組數據的最大值、最小值來確定這組數據的極差，參照極差反映的數據的變化范圍，確定組距，進而經數據進行分組，以橫坐標為數據值，縱坐標為頻數，即該數值的數據個數，即可得到該直方圖。該直方圖橫坐標為體積，縱坐標為微粒相對數量，即頻數。通過該圖，可以直觀地看出微粒體積特性的分布狀態，對于體積分布的中心值，均值，等分布狀況一目了然，便于判斷其總體分布情況。
目前微粒體積分布分析通常做法是先得出微粒累積分布曲線，再通過求導等方式轉換成頻數分布直方圖，一般用專用芯片或DSP芯片實現，電路復雜、體積大，且求導等復雜數學計算使得系統運算時間較，不能滿足快速、實時統計的場合。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單，體積小且成本低，處理速度快，能適應高速、實時的測量分析場合的基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置及測量方法。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置，包括傳感器、信號處理電路、峰值保持電路、串行模數轉換電路和可編程器件，所述的可編程器件連接有存儲器和中央處理器，所述的中央處理器上連接有顯示裝置，所述的可編程器件內設置有地址編碼器模塊、地址選擇模塊、模數同步模塊、模式控制模塊和存儲器操作控制模塊，所述的串行模數轉換電路通過所述的地址編碼器模塊與所述的地址選擇模塊連接，所述的串行模數轉換電路與所述的模數同步模塊連接，所述的模式控制模塊接收所述的中央處理器的指令信號并分別向所述的存儲器操作控制模塊、所述的地址選擇模塊和所述的模數同步模塊輸出控制信號。
所述的可編程器件內還設置有串并轉換模塊，所述的串行模數轉換電路通過所述的串并轉換模塊與所述的地址編碼器模塊連接。
使用上述測量裝置的微粒分布的測量方法，包括以下步驟步驟一，對待測樣本微粒經過所述的傳感器后得到的與體積大小成正比的電壓脈沖進行處理，并通過峰值保持電路，得到方波脈沖，脈沖高度正比于微粒體積；步驟二，將步驟一中得到的模擬信號經過所述的串行模數轉換電路轉換成數字信號，得到微粒的體積特征值；步驟三對于N位的模數轉換器，在所述的存儲器開辟2N個存儲單元，把微粒體積在取值范圍內劃分為2N個區間，根據每個微粒的體積特征值大小分配到某個區間內，每個存儲單元對應一種體積的微粒，把模數轉換后的數據作為地址訪問所述的存儲器中的數據單元，讀出原值，加1后回存，所有微粒均做同樣操作至統計完畢，根據所述的存儲器中的每個存儲單元上存放的數據統計出每個區間上出現的微粒總數，得到微粒按體積分布的數據，并從所述的存儲器中的數據得到統計學上的頻數分布直方圖。
在所述的可編程器件內還可以設置串并轉換模塊，使所述的串行模數轉換電路通過所述的串并轉換模塊與所述的地址編碼器模塊連接，此時在步驟二中，將步驟一中得到的模擬信號經過所述的串行模數轉換電路轉換成數字信號后，再經所述的串并轉換模塊進行串并轉換得到并行數字量，即為微粒的體積特征值。
與現有技術相比，本發明的優點在于解決了以往硬件電路復雜的缺陷，把復雜的硬件數字電路整合到一片集成電路內，大量計算等復雜邏輯功能由一片小體積的可編程器件(CPLD)完成，芯片少，集成度高，多路信號同時統計只需要一片可編程器件(CPLD)和一片存儲器(SRAM)，結構簡單，而普通方法至少需要4——8片芯片，同時實現了體積小，功耗低，成本低，修改靈活方便等特點，使得硬件電路數字化，軟件化，大大節省了成本；而基于可編程器件(CPLD)的技術，可使系統最高時鐘達300MHZ，處理速度更快，更能適應高速、實時的測量分析場合，應用廣泛，具有極大的現實意義；采用串行的A/D轉換器，并在可編程器件(CPLD)內增加串并轉換模塊，可大大減少端口使用數量，簡化外圍電路。本發明可廣泛應用于溶液，氣體顆粒等的微粒分布分析測量領域。


圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的可編程器件的內部結構示意圖；圖3為本發明方法步驟一的示意圖；圖4為本發明方法步驟二和步驟三的流程圖；圖5為由模數轉換后得到的直方圖；圖6為本發明存儲器計數操作示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
如圖所示，一種基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置，包括傳感器1、信號處理電路2、峰值保持電路3，通過串行模數轉換電路4與型號為MAX II EPM1270的可編程器件5內的串并轉換模塊51連接，串并轉換模塊51將串行模數轉換電路4輸出的串行數據轉換成并行數據，可編程器件5外部連接有存儲器6和中央處理器7，中央處理器7上連接有液晶屏8，可編程器件5內還設置有地址編碼器模塊52、地址選擇模塊53、模數同步模塊54、模式控制模塊55和存儲器操作控制模塊56，串并轉換模塊51通過地址編碼器模塊52與地址選擇模塊53連接，串行模數轉換電路4與模數同步模塊54連接，模數同步模塊54使A/D的片選信號與系統CLK同步，根據脈沖信號和AD使能情況，分別啟動各路A/D轉換功能；地址編碼器模塊52在A/D轉換后的數據高位添加通道標志位；地址選擇模塊53查詢各通道地址編碼完成情況，將數據傳遞至SRAM操作控制單元，若多通道編碼同時完成，則按通道編碼順序傳遞數據，傳送完畢后啟動AD轉換使能；存儲器操作控制模塊56的功能一是擦除清零，二是把地址選擇模塊53傳送的數據作為地址訪問存儲器6的存儲單元，讀出原數據，數據加1后回存，三是利用其余通道進行統計的時間間隙將已統計的數據傳輸至中央處理器7；模式控制模塊55接收中央處理器7的指令信號并分別向存儲器操作控制模塊56、地址選擇模塊53和模數同步模塊54輸出控制信號，對模數同步模塊54、地址選擇模塊53和存儲器操作控制模塊56進行控制，使它們工作在單通道或多通道的模式下。
使用上述的測量裝置進行微粒分布的測量方法包括以下步驟步驟一對待測樣本微粒經過傳感器后得到的與體積大小成正比的電壓脈沖進行處理，并通過峰值保持電路，得到方波脈沖，脈沖高度正比于微粒體積；步驟二，將步驟一中得到的模擬信號經過串行模數轉換電路轉換成數字信號，再經串并轉換得到的并行數字量即為微粒的體積特征值；步驟三對于N位的模數轉換器，在存儲器開辟2N個存儲單元，把微粒體積在取值范圍內劃分為2N個區間，根據每個微粒的體積特征值大小分配到某個區間內，每個存儲單元對應一種體積的微粒，把模數轉換后的數據作為地址訪問所述的存儲器中的數據單元，讀出原值，加1后回存，所有微粒均做同樣操作至統計完畢，根據存儲器中的每個存儲單元上存放的數據統計出每個區間上出現的微粒總數，得到微粒按體積分布的數據，并從存儲器中的數據得到統計學上的頻數分布直方圖。
待樣本統計完畢后，根據中央處理器7指令，在可編程器件5內部的模式控制模塊55作用下，將統計數據送給中央處理器7，經過圓滑等處理后將頻數分布直方圖顯示在液晶屏8上。對數據進行一定的計算，還可以得到平均數、眾數、中位數等描述數據集中趨勢的特征數。
上述實施例在多通道工作模式下，其基本工作原理與單通道模式相同，但多通道模式存在多個通道同時請求對存儲器6進行計數操作，以及在向中央處理器7傳遞數據的同時出現對存儲器7進行計數操作的請求。
上述實施例中，傳感器1、信號處理電路2、峰值保持電路3、串行模數轉換電路4以及存儲器6、中央處理器7和液晶屏8均可以采用現有技術產品，如傳感器1可以使用80微米或100微米的庫爾特傳感器。
權利要求
1.一種基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置，包括傳感器、信號處理電路、峰值保持電路、串行模數轉換電路和可編程器件，所述的可編程器件連接有存儲器和中央處理器，所述的中央處理器上連接有顯示裝置，其特征在于所述的可編程器件內設置有地址編碼器模塊、地址選擇模塊、模數同步模塊、模式控制模塊和存儲器操作控制模塊，所述的串行模數轉換電路通過所述的地址編碼器模塊與所述的地址選擇模塊連接，所述的串行模數轉換電路與所述的模數同步模塊連接，所述的模式控制模塊接收所述的中央處理器的指令信號并分別向所述的存儲器操作控制模塊、所述的地址選擇模塊和所述的模數同步模塊輸出控制信號。
2.如權利要求1所述的基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置，其特征在于所述的可編程器件內還設置有串并轉換模塊，所述的串行模數轉換電路通過所述的串并轉換模塊與所述的地址編碼器模塊連接。
3.使用權利要求1的測量裝置的微粒分布的測量方法，其特征在于包括以下步驟步驟一，對待測樣本微粒經過所述的傳感器后得到的與體積大小成正比的電壓脈沖進行處理，經過峰值保持電路，得到方波脈沖，脈沖高度正比于微粒體積；步驟二，將步驟一中得到的模擬信號經過所述的串行模數轉換電路轉換成數字信號，得到微粒的體積特征值；步驟三對于N位的模數轉換器，在所述的存儲器開辟2N個存儲單元，把微粒體積在取值范圍內劃分為2N個區間，根據每個微粒的體積特征值大小分配到某個區間內，每個存儲單元對應一種體積的微粒，把模數轉換后的數據作為地址訪問所述的存儲器中的數據單元，讀出原值，加1后回存，所有微粒均做同樣操作至統計完畢，根據所述的存儲器中的每個存儲單元上存放的數據統計出每個區間上出現的微粒總數，得到微粒按體積分布的數據，并從所述的存儲器中的數據得到統計學上的頻數分布直方圖。
4.如權利要求3所述的一種微粒分布的測量方法，其特征在于在所述的可編程器件內設置串并轉換模塊，使所述的串行模數轉換電路通過所述的串并轉換模塊與所述的地址編碼器模塊連接，在步驟二中，將步驟一中得到的模擬信號經過所述的串行模數轉換電路轉換成數字信號后，再經所述的串并轉換模塊進行串并轉換得到并行數字量，即為微粒的體積特征值。
全文摘要
本發明公開了一種基于頻數分布直方圖的微粒分布測量裝置，包括傳感器、信號處理電路、峰值保持電路、串行模數轉換電路和可編程器件，可編程器件連接有存儲器和中央處理器，中央處理器上連接有顯示裝置，特點是可編程器件內設置有地址編碼器模塊、地址選擇模塊、模數同步模塊、模式控制模塊和存儲器操作控制模塊，串行模數轉換電路通過地址編碼器模塊與地址選擇模塊連接，串行模數轉換電路與模數同步模塊連接，模式控制模塊接收中央處理器的指令信號并分別向存儲器操作控制模塊、地址選擇模塊和模數同步模塊輸出控制信號，優點是結構簡單，體積小且成本低，處理速度快，能適應高速、實時的測量分析場合。
文檔編號G06F17/00GK1885007SQ20061005238
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月10日 優先權日2006年7月10日
發明者李宏, 萬淼, 文雯 申請人:寧波大學