全文摘要
本实用新型涉及一种白噪声信号转换装置,包括依次电连接的绝对值电路、同相比例放大器、低通滤波电路及电平转换电路，利用绝对值电路、同相比例放大器、低通滤波电路及电平转换电路，将行为学试验箱中输出的白噪声信号转换为电压可变的电平信号。该装置能够将300mv以上的白噪声信号转换为3.3‑5V的电平信号，转换后的电平信号可以直接输出给激光器控制器的调制端口从而进行可控的光刺激。通过该装置可以将传统的行为学系统，改造成能够适用于光遗传实验的行为学系统。
主设计要求
1.一种白噪声信号转换装置，其特征在于，包括:绝对值电路，所述绝对值电路的输入端与行为学试验箱的输出端电连接，用于将白噪声的负向噪声信号变换为正向信号；同相比例放大器，所述同相比例放大电路的输入端与所述绝对值电路的输出端连接，将白噪声信号取绝对值后的信号进行一次放大；低通滤波电路，所述低通滤波电路的输入端与所述同相比例放大器的输出端连接，用于将放大后的信号进行滤波，取出低频信号；电平转换电路，所述电平转换电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端连接，所述电平转换电路的输出端与激光器控制器的调制端口连接，将低频成分中的直流信号变换为能够触发激光器的TTL信号。
设计方案
1.一种白噪声信号转换装置，其特征在于，包括:
绝对值电路，所述绝对值电路的输入端与行为学试验箱的输出端电连接，用于将白噪声的负向噪声信号变换为正向信号；
同相比例放大器，所述同相比例放大电路的输入端与所述绝对值电路的输出端连接，将白噪声信号取绝对值后的信号进行一次放大；
低通滤波电路，所述低通滤波电路的输入端与所述同相比例放大器的输出端连接，用于将放大后的信号进行滤波，取出低频信号；
电平转换电路，所述电平转换电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端连接，所述电平转换电路的输出端与激光器控制器的调制端口连接，将低频成分中的直流信号变换为能够触发激光器的TTL信号。
2.根据权利要求1所述一种白噪声信号转换装置，其特征在于，所述绝对值电路包括：包括一运算放大器和两个二极管D2、D3；
所述运算放大器的输入正极通过电阻R2接GND地，其输入负极通过电阻R1与行为学试验箱的输出端电连接；
所述二极管D2的正极接所述运算放大器输出端，负极接所述运算放大器的输入正极；
所述二极管D3的正极通过电阻R4接所述运算放大器的输入负极，正极接所述运算放大器的输出端；
所述二极管D3的正极作为所述绝对值电路的输出端通过电阻R6与所述同相比例放大器的输入端连接。
3.根据权利要求1所述一种白噪声信号转换装置，其特征在于，所述同相比例放大器包括：由两个运算放大器U1B、U1C构成的两级运放单元；
所述运算放大器U1B的输入正极通过一电阻接GND地，其输入负极作为所述同相比例放大器的输入端通过电阻R6与所述绝对值电路的输出端连接；所述运算放大器U1B的输出端通过电阻R8与其输入负极连接；
所述运算放大器U1C的输入正极通过电阻R9与所述运算放大器U1B的输出端连接；所述运算放大器U1C的输入负极通过一电阻接GND地；所述运算放大器U1C的输出端通过电阻R11与其输入负极连接；所述运算放大器U1C的输出端作为所述同相比例放大器的输出端与所述低通滤波电路的输入端连接。
4.根据权利要求3所述一种白噪声信号转换装置，其特征在于，所述运算放大器的输入负极还通过电阻R5与所述行为学试验箱的输出端电连接。
5.根据权利要求1所述一种白噪声信号转换装置，其特征在于，所述低通滤波电路包括四个并联的电容C1、C2、C3、C4；所述电容C1、C2、C3、C4的其中一并联节点分别通过电阻R12与所述同相比例放大器的输出端连接、通过电阻R13与所述电平转换电路的输入端连接，所述电容C1、C2、C3、C4的另一并联节点接GND地。
6.根据权利要求1所述一种白噪声信号转换装置，其特征在于，所述电平转换电路包括两个级联的三极管Q1、Q2；
所述三极管Q1的基极作为所述电平转换电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端连接，其发射极接GND地，其集电极通过电阻R14接电压输入VCC；
所述三极管Q2的基极通过电阻R15接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q2的发射极接GND地，其集电极通过电阻R16接电压输入VCC，同时所述三极管Q2的集电极作为所述电平转换电路的输出端与所述激光器控制器的调制端口连接。
7.根据权利要求2-4任一项所述一种白噪声信号转换装置，其特征在于，所述运算放大器采用LM324运算放大器。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及电路设计与制作领域，更具体的涉及一种用于仪器之间白噪声信号转换的装置。
背景技术
动物模型实验被广泛应用与科学研究以及临床医药研究领域。在神经科学领域，通常以小鼠为实验模型开展各种神经学相关的行为学实验。在传统的行为学实验过程中，通常依靠实验员对小鼠的行为特征进行实施观察从而记录实验数据，实验的中间过程中需要引入一些行为学需要的外部物理刺激时，通常也由实验员人工进行。随着自动控制技术以及传感器技术的发展，国外许多实验室将这些技术应用与动物的行为学实验中，设计了许多自动化的实验仪器。例如水迷宫实验系统，睡眠剥夺仪，小鼠社交行为视频分析系统等。这些系统大都为国外实验室或者公司设计，国内起步较晚，配套仪器设施尚不完善，市场占有率低。
根据市场调查，国内大部分科研机构通常直接购买国外的成熟产品，在国内开展相关实验。随着技术的进步，尤其是近几年光遗传技术的成熟，行为学实验的复杂性越来越高，需要结合光刺激来设计行为学实验，但仪器本身不具备光遗传相关仪器的驱动功能，因此许多科研院所存在着行为学实验系统升级的需求。传统行为学系统中通使用白噪声声音刺激作为行为学物理刺激的一种，但在光遗传实验中，需要使用电平信号作为输出信号来打开激光器进行光刺激。大部分进口的仪器不具备将白噪声刺激改变为电平信号刺激的功能，而且由于仪器本身软件不开放，也无法对原有仪器进行升级修改。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供能够将白噪声声音信号转换为电平信号的装置,该装置能够将传统的行为学系统，改造成能够适用于光遗传实验的行为学系统。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种白噪声信号转换装置，包括:
绝对值电路，所述绝对值电路的输入端与行为学试验箱的输出端电连接，用于将白噪声的负向噪声信号变换为正向信号；
同相比例放大器，所述同相比例放大电路的输入端与所述绝对值电路的输出端连接，将白噪声信号取绝对值后的信号进行一次放大；
低通滤波电路，所述低通滤波电路的输入端与所述同相比例放大器的输出端连接，用于将放大后的信号进行滤波，取出低频信号；
电平转换电路，所述电平转换电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端连接，所述电平转换电路的输出端与激光器控制器的调制端口连接，将低频成分中的直流信号变换为能够触发激光器的TTL信号。
进一步的，所述绝对值电路包括：包括一运算放大器和两个二极管D2、 D3；
所述运算放大器的输入正极通过电阻R2接GND地，其输入负极通过电阻R1与行为学试验箱的输出端电连接；
所述二极管D2的正极接所述运算放大器输出端，负极接所述运算放大器的输入正极；
所述二极管D3的正极通过电阻R4接所述运算放大器的输入负极，正极接所述运算放大器的输出端；
所述二极管D3的正极作为所述绝对值电路的输出端通过电阻R6与所述同相比例放大器的输入端连接。
进一步的，所述同相比例放大器包括：由两个运算放大器U1B、U1C构成的两级运放单元；
所述运算放大器U1B的输入正极通过一电阻接GND地，其输入负极作为所述同相比例放大器的输入端通过电阻R6与所述绝对值电路的输出端连接；所述运算放大器U1B的输出端通过电阻R8与其输入负极连接；
所述运算放大器U1C的输入正极通过电阻R9与所述运算放大器U1B的输出端连接；所述运算放大器U1C的输入负极通过一电阻接GND地；所述运算放大器U1C的输出端通过电阻R11与其输入负极连接；所述运算放大器U1C 的输出端作为所述同相比例放大器的输出端与所述低通滤波电路的输入端连接。
进一步的，所述运算放大器的输入负极还通过电阻R5与所述行为学试验箱的输出端电连接。
进一步的，所述低通滤波电路包括四个并联的电容C1、C2、C3、C4；所述电容C1、C2、C3、C4的其中一并联节点分别通过电阻R12与所述同相比例放大器的输出端连接、通过电阻R13与所述电平转换电路的输入端连接，所述电容C1、C2、C3、C4的另一并联节点接GND地。
进一步的，所述电平转换电路包括两个级联的三极管Q1、Q2；
所述三极管Q1的基极作为所述电平转换电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端连接，其发射极接GND地，其集电极通过电阻R14接电压输入 VCC；
所述三极管Q2的基极通过电阻R15接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q2的发射极接GND地，其集电极通过电阻R16接电压输入VCC，同时所述三极管Q2的集电极作为所述电平转换电路的输出端与所述激光器控制器的调制端口连接。
进一步的，所述运算放大器采用LM324运算放大器。
进一步的，所述三极管采用S8050NPN型三极管。
本实用新型的有益效果是：本实用新型利用绝对值电路、同相比例放大器以低通滤波电路及电平转换电路，将行为学试验箱中输出的白噪声信号转换为电压可变的电平信号。该装置能够将300mv以上的白噪声信号转换为 3.3-5V的电平信号，转换后的电平信号可以直接输出给激光器控制器的调制端口从而进行可控的光刺激。通过该装置可以将传统的行为学系统，改造成能够适用于光遗传实验的行为学系统。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的装置原理框图；
图2为本实用新型实施例提供的绝对值电路和同相比例放大器电路原理图；
图3为本实用新型实施例提供的低通滤波电路及电平转换电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种白噪声信号转换装置，包括:
绝对值电路，所述绝对值电路的输入端与行为学试验箱的输出端电连接，用于将白噪声的负向噪声信号变换为正向信号；
同相比例放大器，所述同相比例放大电路的输入端与所述绝对值电路的输出端连接，将白噪声信号取绝对值后的信号进行一次放大；
低通滤波电路，所述低通滤波电路的输入端与所述同相比例放大器的输出端连接，用于将放大后的信号进行滤波，取出低频信号；
电平转换电路，所述电平转换电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端连接，所述电平转换电路的输出端与激光器控制器的调制端口连接，将低频成分中的直流信号变换为能够触发激光器的TTL信号。
图2包括了绝对值电路和同相比例放大器电路。所述绝对值电路，如图 2所示，包括：包括一运算放大器和两个二极管D2、D3；绝对值电路采用了 LM324运算放大器，两个二极管采用SS14锗二极管，分别在正半周与负半周的导通，实现对白噪声信号的负半周信号的翻转。
所述运算放大器的输入正极通过电阻R2接GND地，其输入负极通过电阻R1与行为学试验箱的输出端电连接；
所述二极管D2的正极接所述运算放大器输出端，负极接所述运算放大器的输入正极；
所述二极管D3的正极通过电阻R4接所述运算放大器的输入负极，正极接所述运算放大器的输出端；
所述二极管D3的正极作为所述绝对值电路的输出端通过电阻R6与所述同相比例放大器的输入端连接。
所述同相比例放大器，如图2所示，包括：由两个运算放大器U1B、U1C 构成的两级运放单元；
所述运算放大器U1B的输入正极通过一电阻接GND地，其输入负极作为所述同相比例放大器的输入端通过电阻R6与所述绝对值电路的输出端连接；所述运算放大器U1B的输出端通过电阻R8与其输入负极连接；
所述运算放大器U1C的输入正极通过电阻R9与所述运算放大器U1B的输出端连接；所述运算放大器U1C的输入负极通过一电阻接GND地；所述运算放大器U1C的输出端通过电阻R11与其输入负极连接；所述运算放大器U1C 的输出端作为所述同相比例放大器的输出端与所述低通滤波电路的输入端连接。
所述运算放大器的输入负极还通过电阻R5与所述行为学试验箱的输出端电连接。
图3包括了低通滤波电路和电平转换电路；所述低通滤波电路，如图3 所示，包括四个并联的电容C1、C2、C3、C4；所述电容C1、C2、C3、C4的其中一并联节点分别通过电阻R12与所述同相比例放大器的输出端连接、通过电阻R13与所述电平转换电路的输入端连接，所述电容C1、C2、C3、C4 的另一并联节点接GND地。
滤波电路将绝对值电路输出的信号转换为直流信号，滤除高频部分的抖动。图中采用了四个0.1μf的陶瓷电容C1、C2、C3、C4，电阻R12采用了 100k的金属膜色环电阻，低通滤波器截止频率4HZ。
所述电平转换电路包括两个级联的三极管Q1、Q2，如图3所示；
所述三极管Q1的基极作为所述电平转换电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端连接，其发射极接GND地，其集电极通过电阻R14接电压输入 VCC；
所述三极管Q2的基极通过电阻R15接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q2的发射极接GND地，其集电极通过电阻R16接电压输入VCC，同时所述三极管Q2的集电极作为所述电平转换电路的输出端与所述激光器控制器的调制端口连接。
电平转换电路将滤波电路输出的直流信号放大，并转换为可以驱动激光器的电平信号。该部分采用了S8050NPN型三极管做电流放大与电平转换。
本实用新型利用绝对值电路、同相比例放大器以低通滤波电路及电平转换电路，将行为学试验箱中输出的白噪声信号转换为电压可变的电平信号。该装置能够将300mv以上的白噪声信号转换为3.3-5V的电平信号，转换后的电平信号可以直接输出给激光器控制器的调制端口从而进行可控的光刺激。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822263558.5
申请日:2018-12-31
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209562533U
授权时间:20191029
主分类号:H03K 19/0175
专利分类号:H03K19/0175
范畴分类:38J;
申请人:肯维捷斯（武汉）科技有限公司
第一申请人:肯维捷斯（武汉）科技有限公司
申请人地址:430000 湖北省武汉市东湖开发区珞瑜路243号科技大厦
发明人:李宁
第一发明人:李宁
当前权利人:肯维捷斯（武汉）科技有限公司
代理人:廉海涛
代理机构:42242
代理机构编号:武汉蓝宝石专利代理事务所(特殊普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：行为学论文; 运算放大器论文; 低通滤波论文; 信号放大器论文; 电平信号论文; 白噪声论文; 数据滤波论文; 三极管论文; 激光器论文;