[發(fā)明專利]一種極微弱光信號的自校正檢測電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310412597.6
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103438996A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 顏玉崇;陳沖;柳松;林燕金;余平
• 申請（專利權）人: 福州英諾電子科技有限公司
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發(fā)明涉及微弱電流信號測量技術，尤其是一種極微弱光信號的自校正檢測電路。

背景技術

熒光光纖溫度傳感技術的研究已有三十多年歷史了。熒光信號本身已經(jīng)很微弱，所用熒光材料它的余輝在2ms左右就要消失，要測量衰減過程中熒光的強度，需要有極微弱光信號的檢測技術。傳統(tǒng)的方法可以通過諸如光電倍增器之類器件將光信號增強再進行光電轉換，光電倍增管具有很高的靈敏度，關鍵問題是它需要高壓直流電源，這導致體積大，成本也高。所以，更常用的是半導體光敏器件，如光敏三極管、光敏二極管，它們可以將光信號轉換為電信號，再用電路進行處理。光敏三極管響應速度較慢，放大倍數(shù)與光電流的大小有關，特別是在弱光照射下放大倍數(shù)下降較厲害，導致非線性，不適合光輻射測量。光敏二極管的光電流與照射光有很好的線性關系，響應時間短，性能穩(wěn)定，適用于精確測量光輻射的光強度。但是，光敏二極管靈敏度很低，和光敏三極管比要差1～2個數(shù)量級，因此，采用光敏二極管檢測極微弱光信號就產(chǎn)生許多技術問題：它需要高性能的運算放大器，并且要很高的增益，通常光-電轉換的運算放大器就要用兆歐甚至千兆歐反饋電阻。隨之而來的是，運放輸入電阻很大，導致運算誤差，還有，噪聲被放大了、為濾除噪聲，電路頻帶變窄，產(chǎn)生更大的滯后、余輝衰減的形態(tài)改變，導致測量誤差；另外，高增益的運放也容易工作不穩(wěn)定。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種極微弱光信號的自校正檢測電路。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種極微弱光信號的自校正檢測電路，其特征在于：包括一可控光源、一光導纖維、一光電轉換單元、一放大單元和一中央處理器，所述中央處理器控制所述可控光源激發(fā)熒光一預定時間后關閉所述可控光源，所述中央處理器接收所述放大單元中的信號并將其與一預設值進行比較以判斷所述放大單元是否處于運放線性工作區(qū)，若不處于運放線性工作區(qū)則通過所述中央處理器改變所述放大單元的工作狀態(tài)后重新判斷，若處于運放線性工作區(qū)則進行采樣測量熒光信號。

在本發(fā)明一實施例中，所述可控光源為一帶可控驅動電路的LED發(fā)光二極管。

在本發(fā)明一實施例中，所述光電轉換單元包括一PIN光敏二極管。

在本發(fā)明一實施例中，所述放大單元為低輸入失調電流運算放大器。

在本發(fā)明一實施例中，所述中央處理器是一單片機。

本發(fā)明能夠實現(xiàn)極微弱光信號的精確測量，且具有高信噪比、高精度、高帶寬、低成本以及工作穩(wěn)定等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電路原理框圖。

圖2是本發(fā)明控制流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種極微弱光信號的自校正檢測電路，其特征在于：包括一可控光源、一光導纖維、一光電轉換單元、一放大單元和一中央處理器，所述中央處理器控制所述可控光源和放大單元，所述可控光源連接所述光導纖維，所述光電轉換單元接收所述光導纖維發(fā)出的光線，所述光電轉換單元連接所述放大單元，所述放大單元連接所述中央處理器；優(yōu)選的，所述可控光源為一帶可控驅動電路的LED發(fā)光二極管；所述光電轉換單元包括一PIN光敏二極管；所述放大單元為低輸入失調電流運算放大器；所述中央處理器是一單片機。

如圖2所示，所述中央處理器控制所述可控光源激發(fā)熒光一預定時間（如2s）后關閉所述可控光源，所述中央處理器接收所述放大單元中的信號電位并將其與一預設值（如一運放線性工作函數(shù)或曲線）進行比較以判斷所述放大單元是否處于運放線性工作區(qū)，若不處于運放線性工作區(qū)則通過所述中央處理器改變所述放大單元的工作狀態(tài)后重新判斷，若處于運放線性工作區(qū)則進行采樣測量熒光信號。

本發(fā)明使用狀態(tài)反饋技術，自動校正電路工作狀態(tài)，優(yōu)化運行環(huán)境，實現(xiàn)熒光壽命高精度測量。核心方案在于：使用線性度好的光敏二極管，并設計成低反偏置下工作；電路使用單電源供電以簡化電路；V/I變換器選用最大輸入偏置電流僅為10fA的運算放大器，反饋電阻及濾波網(wǎng)絡時間常數(shù)盡量小，電壓放大器保證測量電路所需的增益；使用狀態(tài)反饋技術，通過單片機自動校正電路，優(yōu)化工作狀態(tài)。