[實用新型]用于光纖傳感微弱信號的檢測電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320706451.8
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN203629593U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡遼林;王亞萍;陳飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于光電檢測電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于光纖傳感微弱信號的檢測電路。?

背景技術(shù)

光纖傳感器可用于應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、壓強等參量的測量，因此受到廣泛關(guān)注。光纖傳感可以檢測光纖中傳輸光波的物理特征參量（如功率、波長、頻率、相位和偏振態(tài)等）的變化，實質(zhì)是外界參量對光纖中傳播的光波實行調(diào)制。對外界參量的測量精度主要由光波解調(diào)系統(tǒng)的精度決定，通常要求解調(diào)系統(tǒng)具有很高的解調(diào)速度和精度，能夠檢測微弱光信號，并可長期穩(wěn)定工作。對光纖傳感信號解調(diào)時，一般不能對含有傳感信息的光信號直接進行處理，需要將其轉(zhuǎn)換為電信號后再處理。光信號經(jīng)過長距離傳輸或反射，有時十分微弱，一般在幾nW到幾百uW之間，外界環(huán)境對此影響也很大，這就對光電檢測的設(shè)計提出了很高的要求。?

在光電系統(tǒng)中，光電檢測電路把接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并對電信號進行放大，再與后面的檢測和運算系統(tǒng)對接。光電檢測電路在整個光電系統(tǒng)中是非常重要的，它的性能好壞直接決定了整個系統(tǒng)的性能好壞。在任何電子電路中，都會出現(xiàn)不同程度的噪聲干擾。?

弱光檢測電路一個重要性能指標(biāo)是對噪聲的濾除能力，但在弱光檢測時，光信號與噪聲幾乎處于同一數(shù)量級，信號很容易淹沒在噪聲中，不利于后續(xù)電路處理。并且在系統(tǒng)中，光電檢測電路是在最前面的一個環(huán)節(jié)，如果光電檢測電路的噪聲比較大，后面的放大和檢測系統(tǒng)的輸出誤差就非常大。需要有從噪聲中提取、恢復(fù)和增強被測信號的技術(shù)措施。?

在光電檢測電路中，有許多噪聲來源，可分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲兩種。外部噪聲是光電系統(tǒng)受到的外界干擾，包括光源隨機波動和附加光調(diào)制、背景起伏、雜散光的入射以及檢測系統(tǒng)所受到的電磁干擾等。這些噪聲可以通過穩(wěn)定輻射光源、遮斷雜光、選擇偏振面或濾光片以及電氣屏蔽、電干擾濾波等措施加以改善或消除。內(nèi)部噪聲是光電系統(tǒng)本身產(chǎn)生的噪聲，包括光電檢測器件和檢測電路等的器件固有噪聲。這種噪聲是電路的基本物理過程所決定的，只要電路工作，這種噪聲就會存在，是不可能人為消除的，但可以通過選擇適當(dāng)?shù)碾娐吩约昂侠淼脑O(shè)計電路結(jié)構(gòu)來減小內(nèi)部噪聲。?

典型的微弱信號檢測方法有同步累積法、光子計數(shù)法、鎖相放大法及窄帶濾波法。同步累積法通過多次累積平均周期信號和隨機噪聲來獲取有用信號，只有累積次數(shù)足夠大時才使輸出信噪比達(dá)到要求。光子計數(shù)是利用光電倍增管檢測單個光子能量，通過光電子計數(shù)的方法進行測量，但只能檢測極微弱的光信號，不能測量包含許多光子的短脈沖。鎖定放大器則是把同步積分器作為相關(guān)器的前級而構(gòu)成，同步積分器抑制大部分的噪聲的同時提高了檢測電路的過載電平，增大?了動態(tài)貯備，減小了直流漂移，使系統(tǒng)的總動態(tài)范圍得到改善。以上微弱信號檢測方法結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。?

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種用于光纖傳感微弱信號的檢測電路，解決現(xiàn)有技術(shù)存的檢測裝置較為復(fù)雜，成本較高的問題。?

本實用新型的技術(shù)方案，用于光纖傳感微弱信號的檢測電路，包括光電探測器、前置放大電路、二級放大電路及濾波電路；光電探測器探測光信號且將光信號轉(zhuǎn)變成電流信號；前置放大電路對電流信號進行放大；二級放大電路對微弱信號進一步放大和處理；放大后的信號經(jīng)濾波電路濾除掉噪聲信號。?

本實用新型的特點還在于：?

光電探測器選用PIN光電二極管。?

前置放大電路具有差分輸入和調(diào)零輸出功能，包括前置運算放大器AD711，通過N溝道結(jié)型FET對稱管2N5196來實現(xiàn)運放的差分輸入；N溝道結(jié)型FET對稱管2N5196的兩個源級之間連接有一個電位器，實現(xiàn)調(diào)零輸出。?

二級放大電路包括運算放大器，運算放大器選用ICL7650；在運算放大器的反相輸入端連接一個電位器，實現(xiàn)放大倍數(shù)可調(diào)。?

濾波電路為二階壓控電壓源巴特沃斯型低通濾波電路。?

還包括電源保護和電源濾波電路；電源濾波電路濾除掉電源的噪聲信號。?

本實用新型的有益效果是：本實用新型采用了多種噪聲抑制措?施，信噪比較高，可以實現(xiàn)nW量級信號的檢測，并且電路抗干擾能力強、穩(wěn)定性很好，多次檢測結(jié)果一致性高、線性度好，放大倍數(shù)可調(diào)，可以滿足后續(xù)AD轉(zhuǎn)換的需要。?

附圖說明

圖1是本實用新型用于光纖傳感微弱信號的檢測電路的基本結(jié)構(gòu)框圖；?

圖2是本實用新型用于光纖傳感微弱信號的檢測電路的檢測電路圖。?

圖中，1.光電探測器，2.前置放大電路，3.二級放大電路，4.濾波電路，5.電源保護，6.電源濾波電路。?