Приборы и техника эксперимента, 2019, № 1, стр. 143-144

Сенсор предназначен для регистрации интерферограммы и передачи ее в персональный компьютер (РС) через порт USB 2.0. В процессе регистрации вычисляется скорость перемещения подвижного отражателя интерферометра и его температура. По окончании регистрации в модуль привода отражателя посылается команда разворота.

Структурная схема сенсора показана на рис. 1.

Рис. 1.

Структурная схема и.к.-сенсора.

Схема состоит из пироприемника P5273 BAESYSTEMS, драйвера аналого-цифрового преобразователя (а.ц.п.) AD8139, а.ц.п. AD7634, гальванической развязки ADUM1401, микроконтроллера ATMega32 и USB-моста FT245ВL.

Вольт-ваттная чувствительность пироприемника при температуре абсолютно черного тела 1000 К и частоте модуляции 1000 Гц составляет 58 В/Вт. Максимальная частота модуляции пироприемника равна 3000 Гц, и это ограничивает частоту запуска а.ц.п. сверху значением 12 кГц. Драйвер а.ц.п. преобразует несимметричный сигнал предусилителя пироприемника (на схеме не показан) в дифференциальный, что дает улучшение отношения сигнал/шум. Время преобразования 18-битного SAR-а.ц.п. (последовательного приближения) составляет 1.5 мкс. Микроконтроллер, интерфейс и а.ц.п. связаны 8-битной шиной данных. Информация в РС поступает блоками по 512 32-битных слов. Младшие 14 бит в слове занимает скорость сканирования. Слежение за скоростью позволяет отбраковывать неудачные интерферограммы при накоплении спектров. При отбраковке интерферограмм принимается во внимание также смещение максимума интерферограммы по отношению к положению максимума интерферограммы первой записи.

Чтение интерферограммы предваряется опросом датчика стартовой позиции подвижного отражателя интерферометра, затем идет запись значения спектрального разрешения, пересчитанного в число блоков по 512 отсчетов в каждом. Далее идет вложенный цикл чтения а.ц.п. и передачи отсчетов и скорости в РС. Для вычисления скорости сканирования используется 16-битный счетчик – таймер микроконтроллера. Важной особенностью счетчика является узел детектирования фронта импульса, поступающего на его вход ICP (Input Capture Pin). При обнаружении фронта состояние счетчика, тактируемого сигналом синхронизации, переписывается в определенный регистр микроконтроллера и передается в РС. Подпрограмма написана с помощью платформы “Алгоритм-Билдер” А. Громова. Подпрограмма начинается настройкой таймера. Здесь происходит выбор частоты синхронизации и подключение узла детектирования фронта. Далее в цикле идет опрос (поллинг) значения этого флага.

Описываемый сенсор был установлен в недавно выпущенном аналитическом инфракрасном фурье-спектрометре АФ-01 НТЦ УП РАН, с использованием которого были проведены спектральные исследования набухания мембраны нафиона в смесях H₂O/D₂O [1].

Основные технические характеристики сенсора. Спектральный диапазон 400–8000 см^–1; обнаружительная способность D* = 5.2 · 10⁸ см · Гц^1/2/Вт; отношение сигнал/шум в интерферограмме при числе накоплений 16 в диапазоне 2000–2050 см^–1 не менее 20 000; количество передаваемых отсчетов в зависимости от спектрального разрешения 2⁵–2¹¹; темп записи интерферограммы в РС 1 Мбайт/с; гальваническая изоляция сигналов квитирования с модулем привода отражателя.