一种激光信号同步电路及控制设备

本发明涉及激光与等离子体相互作用领域，是一种用于控制激光同步信号输出的控制设备。

背景技术：

1、随着科技的飞速发展，激光与等离子体相互作用领域取得了显著的进步。特别是在利用超强超短激光驱动尾波场加速电子方面，科学家们成功利用这种新型的、具有高加速梯度的加速机制产生了高能量、低能散、低发射度的高品质电子束。这些电子束进而被用于产生自由电子激光，在科学探索、工业应用及军事领域展现出广阔的应用潜力。然而，在推进这些前沿研究的过程中，精确控制激光与等离子体相互作用、确保高精密实验设备数据采集的同步性，以及协调实验设施间的配合成为关键。任何时间点的偏差都可能对最终的实验结果产生深远影响。因此，对于激光等离子体相互作用实验而言，控制激光同步输出信号的信号控制设备至关重要。目前市场上尚未出现针对此类激光与等离子体相互作用实验设计的激光同步信号控制系统产品或专利。鉴于此，本发明应运而生，旨在为这一领域的实验研究提供稳定、高效的同步信号控制解决方案。

技术实现思路

1、本发明提供了一种能够输出与激光信号同步的脉冲信号的信号控制器，所述的设备可以根据用户的需求选择输出单发脉冲或者持续输出脉冲，输出的同步信号可用于后续的实验仪器的触发、控制等。

2、为了实现以上的目的，本发明提供了一种信号控制设备，包括：第一保护电路模块、第二保护电路模块、开关模块、解析模块和控制模块。

3、所述第一保护电路模块将接收的脉冲输入信号分为二路，一路脉冲输入信号输入开关模块，该开关模块的输出端与第二保护电路模块的输入端相连，另一路脉冲输入信号输入至解析模块，该解析模块的另一输入端与控制模块的输出端相连，所述控制模块用于产生第一控制信号，并输入到解析模块，与该解析模块接收的脉冲输入信号进行逻辑判断及处理，根据第一控制信号的状态产生第二控制信号，并输入至开关模块，该开关模块根据第二控制信号，对脉冲输入信号的输出进行开启，输出的脉冲信号通过第二保护电路模块输出，所述的第二保护模块的另一输出端与解析模块的另一输入端相连，所述解析模块根据输出的脉冲信号和第一控制信号的状态产生第二控制信号，并输入至开关模块，该开关模块根据第二控制信号，对脉冲输入信号的输出进行关闭。

4、所述的信号控制设备的工作电压为ac 220v，额定功率为10w，输入的脉冲信号为5v ttl，为周期性的脉冲信号，该周期性的脉冲信号与控制激光输出的信号同步。控制模块路数有6路，包括4路实体按键、1路串口和1路以太网。

5、所述的第一保护电路模块和第二保护电路模块用于静电放电(esd)保护，当静电放电事件发生时，保护电路中其他部件免受损害；同时，在没有供电的时候起到隔离高频脉冲串扰的作用。

6、所述的第一保护电路模块和第二保护电路模块均包括第二射频同轴连接器、第二双向esd、第一信号继电器、第三二极管、第一三极管、第八电阻和第九电阻。

7、所述第二射频同轴连接器用于接收信号，该第二射频同轴连接器的第1引脚、第2引脚、第3引脚和第4引脚接地，第5引脚与第二双向esd的一端相连接，第二双向esd的另一端接地；第一信号继电器的第3引脚和第6引脚与第二射频同轴连接器的第5引脚连接，第一信号继电器的第4引脚和第5引脚输出si_1信号，信号继电器的第1引脚和第三二极管的负极与5v电源连接，第一信号继电器的第8引脚与第三二极管的正极连接，第一信号继电器的第8引脚与第一三极管的集电极连接；第一三极管的基极与第八电阻和第九电阻的一端连接，第一三极管的发射极接地；第八电阻的另一端接地，第九电阻的另一端接。第二保护电路模块与第一保护电路模块的设置一致，在信号继电器的第4引脚和第5引脚从开关模块接收so_1信号，输出so信号至射频同轴连接器。

8、所述的控制激光同步信号输出的信号控制设备，其特征在于，所述的控制模块的第一控制信号的产生有三种：实体按键、串口和以太网；

9、所述实体按钮是利用射频同轴连接器通过bnc线连接外部的实体按键，通过实体按键开启和关闭实现高低电平的输出，输出端信号为：key1、key2、key3；所述实体按键也可通过内部电路板的轻触开关实现高电平的输出，输出信号为：key4；

10、所述串口通过第二单片机在pc端产生一个下载电路虚拟化的串口，用于pc端与嵌入式端的信号连接，第二单片机输出的信号为：usart2 tx、usart2 rx；

11、所述以太网用的是第三以太网芯片，在pc端产生一个下载电路虚拟化的串口，用于pc端与嵌入式端的信号连接，以太网芯片输出的信号为：spi6 nss、spi6 mosi、spi6miso、spi6 sck。

12、所述的解析模块包括第一单片机，对第一控制信号和脉冲输入信号进行逻辑判断处理，输出第二控制信号，第一单片机的第1引脚与key4信号连接，第一单片机的第24引脚与usart2 tx信号连接，第25引脚与usart2 rx信号连接，第34引脚与脉冲输出信号so连接，第35引脚与脉冲输入si信号连接，第51引脚与key3信号连接，第52引脚与key2连接，第53引脚与key1信号连接，第89引脚与spi6 sck信号连接，第90引脚与spi6 miso信号连接，第91引脚与spi6 mosi信号连接，第92引脚与spi6 nss信号连接，经过第一单片机的信号处理，第31引脚输出第二控制信号sig_ctrl信号。

13、所述第一单片机通过对第一控制信号和脉冲输入信号进行逻辑判断后，输出第二控制信号，第二控制信号经过开关模块的判断，通过第二保护电路输出so信号；所述第一单片的第34引脚与so信号连接，根据输出的脉冲信号的情况来控制第二控制信号的输出，对开关模块进行是否进行开启与关闭的操作，形成闭环控制，所述的开关模块的正常的导通及关闭操作均在输入信号的下降沿后执行，以实现输入信号的波形完整输出。

14、所述的开关模块，其包括第一模拟开关、第二与门、第一电阻、第二电阻、第三电阻。第二与门的第1引脚和第2引脚与第一单片机的第31引脚连接接收sig_ctrl信号，第二与门的第1引脚和第2引脚与第一电阻的一端连接，第二与门的第3引脚与第一模拟开关的第6引脚连接，第二与门的第3引脚与第三电阻的一端连接，第一电阻和第三电阻的另一端均接地，第一模拟开关的第5引脚与5v电源连接，第一模拟开关的第4引脚与所述的第一信号继电器的第4引脚和第5引脚连接，接收s1_1信号，第一模拟开关的第3引脚与第二电阻的一端连接，第一模拟开关的第2引脚接地，第一模拟开关的第1引脚输出so_1信号，第二电阻的另一端接地。

15、所述的控制激光同步信号输出的信号控制设备，其特征在于，工作电压范围在5v以下，当vcc＝5v时，输出电压voh>2.4v被视为高电平，输出电压vol<0.4v被视为低电平；输入电压vih>2.0v被视为高电平,输入电压vil<0.48v被视为低电平；在脉冲输入的情况下，会产生感应信号漏出，在5v ttl信号下，感应信号的最大值为40-50mv，此时不影响接入输出信号的设备对5v ttl信号的判断，具有噪声容限。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1)所述设备能够通过实体按键的触发形式来产生用户所需的与激光信号同步的脉冲信号，可以实现单发输出或者连续输出，该脉冲信号可用于实验中其他设备的触发，为实验顺利进行提供了基础。

18、2)所述设备能够通过串口在电脑端控制产生用户所需的与激光信号同步的脉冲信号，可以实现单发输出、连续输出或者特定数量的输出。

19、3)所述设备具有良好的抗电磁干扰的能力，能够在激光等离子体实验中进行稳定的运作。

20、4)所述设备对于低于1mhz输入信号的输出能够实现输入信号的波形完整输出。