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用于光强检测的前置扩大及量程主动转化电路

用于光强检测的前置放大及量程自动转换电路, 在光强检测系统中,由于光电探测器输出的光信号通常是微弱的,各种噪声的干扰直接影响有用信号的测量精度,而测量时既要考虑分辨率,又要兼顾测量范围,这就要求与探测

光强检测体系中,因为光电勘探器输出的光信号通常是弱小的,各种噪声的搅扰直接影响有用信号的丈量精度,而丈量时既要考虑分辨率,又要统筹丈量规模,这就要求与勘探器相连的前置扩大电路规划合理,以取得大的动态规模和高的信噪比。现有的光强信号扩大电路大多只寻求高增益,但疏忽了对丈量规模的考虑,并且存在温漂、噪声变大、失调电压偏大等问题,不能满意光强检测体系的实践使用需求。因而,研究出用于光强信号检测的、能够统筹分辨率和丈量规模的、高性能的前置扩大及量程主动转化电路就显得十分必要。

1 基本原理

本文规划的电路由光电勘探器、前置扩大电路、量程转化电路及暗电流补偿电路组成,结构框图如图1所示。

用于光强检测的前置扩大及量程主动转化电路

电路作业原理如下:当电路通电后,量程转化电路主动将量程设置为最高级,即前置扩大电路的增益最大,输出电压Vo1经次级扩大后为Vo2,A/D转化器每隔一段时刻读取一次输出电压Vo2进行超量程或许欠量程判别。判别规范以A/D转化器的输入上限的95%作为其上闽值Vmax,以A/D转化器上限的10%作为下阈值Vmin,Vo2>Vmax为超量程,Vo2

若呈现以下两种状况:1)现量程处于最高量程时,扩大器输出Vo2仍欠量程;2)现量程处于最低量程时,扩大器输出Vo2仍超量程。那么电路将作为特别处理,量程转化电路将主动坚持原量程不变,以防止量程不安稳状况的呈现。为了防止两种量程交叉点上或许呈现的跳动,本体系把低量程的超量程比较值和高量程的欠量程比较值之间规划了必定堆叠规模。因为光电勘探器中不可防止地会存在必定的暗电流,为了削减暗电流噪声的影响,该电路中添加了暗电流补偿电路,经过调理补偿电路可使无光强输入时输入到前置扩大电路的电流为零。

2 电路规划

因为输入到光电勘探器的光很弱小,因而无论是光电勘探器的挑选仍是前置扩大电路的规划都要求十分严厉。本体系选用武汉昱升光器材有限公司的YSPD718插拔式同轴光电勘探器,可勘探波长规模是1 100~1 650nm,其具有呼应度高、暗电流小、线性度高、安稳性高级长处。该同轴光纤勘探器可经过FC/PC光纤适配器直接与带有传感器的光纤相连接。

前置扩大及量程主动转化电路的原理示意图如图2所示。该电路选用美国Intersil公司的精细截波安稳型运算扩大器ICL7652作为前置扩大器,ICL7652除了具有一般运算扩大器的特色外,还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低一级长处,常用在丈量弱小信号的前置扩大器中进行数据收集。ICL7652的输入电阻在1012Ω以上,偏置电流25℃时小于30 pA,输入失调电压最大为5μV,失调电压温度系数为0.003μV /℃,共模抑制比在110 dB以上。光电勘探器D1的正极接地,负极反向输入到ICL7652,C1用来滤去D1输出的高频噪声。ICL7652芯片的其它管脚的接法如图2所示。C3和C4用于芯片失调电压的周期性的动态补偿,R9和C5组成的滤波电路用来滤去ICL7652的斩波尖峰噪声。R5、R6、R7、R8组成了暗电流补偿电路,能够经过调理变阻器R8来发生与暗电流巨细持平、方向相反的电流进行补偿。

用于光强检测的前置扩大及量程主动转化电路

因为经过传感器调制的光强改动规模或许很大,而丈量时既要考虑分辨率,又要统筹到丈量规模,运用量程主动转化技能就能较好地处理这个问题。如图2所示,量程转化电路选用双四路模仿开关74HC405274HC4052的真值表如表1所示,由单片机程控信号操控。从表格中能够看到,只有使INH管脚为低电平时,芯片才干正常作业,本电路把INH管脚一向接地,以确保芯片能随时进入正常作业状况。74HC4052依据B、A两个地址线挑选内部的4个通道之一,当B、A输入00~11时,别离对应0~3通道上的开关处于闭合状况。0~3 4个通道别离接R1、R2、R3、R4 4个电阻,其间R1=1kΩ、R2=10 kΩ、R3=100 kΩ、R4=1 MΩ,即两相邻量程间坚持10倍率联系,这样,显现丈量成果时只需改动小数点的方位即可。

3 软件规划

量程的主动转化是经过单片机程控信号的改动来完成的。在读取光信号的功率值时,需求挑选适宜的量程进行丈量,量程主动转化程序的流程图如图3所示。该程序隔必定的时刻距离运转一次,以改写数据。

用于光强检测的前置扩大及量程主动转化电路

4 测验成果及剖析

使用Protel 99SE软件,关于前置扩大电路进行仿真测验,能够得到以下的成果。首要对电路输入正弦电压,丈量前置扩大电路输出电压波形,能够得到图4。

用于光强检测的前置扩大及量程主动转化电路

从图4能够看出,在有输入信号的状况下,扩大电路各个测验点的输出波形一一对应,波形安稳,阐明整个扩大电路运转杰出,与规划的预期作用共同。

接着对ICL7652斩波稳零运算扩大器进行档位改变,相当于输入不同的频率,别离测验各个档位下的幅频特性曲线,如图5所示。

用于光强检测的前置扩大及量程主动转化电路

从幅频特性曲线能够看出,档位以10倍递加的时分,电压扩大倍数对应添加20 dB,完全契合电路的规划要求,可知扩大电路的换挡功用运转正常。

在100 kΩ档位的时分,最高的电压扩大倍数为79 dB,能够得出光接纳模块的带宽为76 dB;由图5可知此刻对应的频率约为160 Hz,则可得此电路关于高于160 Hz的噪声有很好的抑制作用。扩大电路的全体规划契合试验的需求。

5 结束语

文中规划了一种高性能的用于光强检测的前置扩大及量程主动转化电路,详细包含光电勘探器、暗电流补偿电路、前置扩大电路、量程转化电路等。选用同轴尾纤型光电勘探器,%&&&&&%L7652作为前置扩大器,量程转化电路选用双四路模仿开关74HC4052,经过单片机程控信号的改动可在四个量程之间主动转化,经过调理暗电流补偿电路可减小光电二极管暗电流所发生的影响,能有效地把同轴尾纤型光电勘探器发生的弱小光电流通化为较大的电压信号。测验成果表明,规划的电路模块具有低噪声、高增益、高共模抑制比、失调小、可勘探光强动态规模大(0~76 dB)等长处,可满意光强检测的实践使用需求。

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