CN104748844A - 四象限光电探测器信号处理系统 - Google Patents
四象限光电探测器信号处理系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104748844A CN104748844A CN201510131112.5A CN201510131112A CN104748844A CN 104748844 A CN104748844 A CN 104748844A CN 201510131112 A CN201510131112 A CN 201510131112A CN 104748844 A CN104748844 A CN 104748844A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- differential
- signal processing
- digital
- photo detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
四象限光电探测器信号处理系统，涉及光电探测器信号检测及处理领域。解决现有四象限光电探测器处理系统脉冲信号采集失真，系统精度降低且易受环境温度影响的问题。四象限光电探测器输出的信号经过限幅保护电路后输入至高通滤波器，滤波后的信号由单端转差分驱动器转换成差分信号，差分信号在可变增益调节模块的调节下缩放到合适的幅值后输入到高速差分模数转换器，产生的数字信号输入至信号处理单元，信号处理单元根据接收到的数字信号大小向探测器增益控制模块发出控制信号，通过探测器增益控制模块控制四象限光电探测器的输出增益。信号处理单元对信号进行处理，得到光斑中心位置并发送至上位机控制系统。本发明提高了光斑中心位置计算精度。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器信号检测及处理领域，具体涉及一种四象限光电探测器信号处理系统。
背景技术
四象限光电探测器广泛应用于激光准直，激光测角和激光制导等领域。四象限光电探测器信号处理系统对四象限光电探测器输出信号进行处理和计算，对系统精度起关键性作用。
目前四象限光电探测器信号处理系统主要采用以峰值检测电路和峰值保持电路为核心的脉冲信号展宽及采集方式进行工作，其系统组成如图1所示。在目标指示器脉冲激光的照射下，四象限光电探测器输出窄脉冲电信号，窄脉冲电信号经过前置放大和滤波以满足数据采集的幅度和信噪比要求。峰值保持电路对窄脉冲电信号进行展宽，以减轻模数转换器的带宽限制。峰值检测电路的作用是检测窄脉冲电信号的峰值，为模数转换器提供准确的峰值采样时刻。信号处理单元接收到模数转换器输出的脉冲信号幅值数字量后控制放电电路对峰值保持电路中的储能电容进行放电，然后对脉冲信号幅值数字量进行计算和处理，得到光斑中心位置信息并输出至上位机控制系统。由于峰值保持电路采用跨导放大器对储能电容进行充电来暂存窄脉冲电信号峰值以展宽脉冲宽度，所以储能电容成为影响系统性能的关键部件。由于储能电容的电荷泄漏以及分立电容参数的不一致性，导致采集到的激光脉冲信号失真，降低了系统精度。此外，由于分立电容参数随温度变化的特性存在较大的个体差异性，导致四个通道的激光脉冲信号处理增益不一致，光斑中心位置测量精度易受环境温度影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种四象限光电探测器信号处理系统，以解决现有四象限光电探测器处理系统脉冲信号采集失真，系统精度降低且易受环境温度影响的问题。
四象限光电探测器信号处理系统，该处理系统对四个通道的信号同时采集和处理，包括四个通道的信号调理电路、高速差分模数转换器、信号处理单元和探测器增益控制模块；所述四个通道的信号调理电路组成结构相同，每个通道的信号调理电路包括限幅保护电路、高通滤波器、单端转差分驱动器和可变增益调节模块；
四象限光电探测器输出的窄脉冲信号经限幅保护电路进行幅值限幅后进入高通滤波器进行滤波，消除窄脉冲信号中的低频分量，所述滤波后的窄脉冲信号经单端转差分驱动器转换为差分信号，所述差分信号进入可变增益调节模块，所述可变增益调节模块将调节后的差分信号输入至高速差分模数转换器，高速差分模数转换器具有四个模数转换通道，同时采样四个通道信号调理电路输出的差分信号并将差分信号转换成数字信号，所述信号处理单元对高速差分模数转换器输出的数字信号进行采集处理，并将采集的四个通道的数字信号进行计算，获得光斑中心位置。
本发明的有益效果：本发明采用高速差分模数转换器采集四象限光电探测器输出的窄脉冲电信号，消除了传统峰值保持电路引入的信号失真，同时消除了分立电容参数随温度变化的个体差异性，由于本发明所采用的方案具有高集成度，因此对四象限光电探测器输出的各个通道的窄脉冲电信号的调理具有更好的一致性，提高了光斑中心位置的计算精度，同时，当外界环境温度的变化范围较大时，系统精度受影响很小。
附图说明
图1为现有四象限光电探测器信号处理系统的组成结构示意图；
图2为本发明所述的四象限光电探测器信号处理系统组成结构示意图；
图3为本发明所述的四象限光电探测器信号处理系统中可变增益调节模块组成结构示意图；
图4为本发明所述的四象限光电探测器信号处理系统中探测器增益控制模块组成结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图2至图4说明本实施方式，四象限光电探测器信号处理系统，主要由限幅保护电路，高通滤波器，单端转差分驱动器，可变增益调节模块，高速差分模数转换器，探测器增益控制模块和信号处理单元组成。其中，可变增益调节模块由数模转换器和可变增益放大器组成，探测器增益控制模块由光耦隔离器和高压偏置电路组成。
所述的四象限光电探测器由四个光敏感单元组成，每个光敏感单元在激光指示器照射下输出窄脉冲电信号。因此四象限光电探测器处理系统需要对四个通道的信号同时进行调理(通道A信号调理电路、通道B信号调理电路、通道C信号调理电路和通道D信号调理电路)，采集和处理。四个通道的信号调理电路组成结构相同，均由限幅保护电路，高通滤波器，单端转差分驱动器和可变增益调节模块组成。因为四象限光电探测器输出动态范围比较大，所以四象限光电探测器输出信号进入信号调理模块后首先由限幅保护电路进行幅值限幅，经过幅值限幅后的信号进入高通滤波器进行滤波，消除低频分量，滤波后的信号进入单端转差分驱动器，此时四象限光电探测器输出的脉冲信号转换成差分信号，为了使单端转差分驱动器输出的差分信号能够适配高速差分模数转换器的输入范围，需要对该差分信号进行放大或衰减，因此单端转差分驱动器输出的差分信号进入可变增益调节模块。
可变增益调节模块组成如图3所示，由数模转换器和可变增益放大器组成，其中可变增益放大器将输入的差分信号进行放大或者衰减，其放大或衰减系数由信号处理单元通过数模转换器进行控制。可变增益调节模块将调节后的差分信号输入至高速差分模数转换器，高速差分模数转换器具有四个模数转换通道，能够同时采样四个通道信号调理电路输出的差分信号并转换成数字信号，信号处理单元对高速差分模数转换器输出的数字信号进行计算处理，根据信号的幅值控制可变增益调节模块中的数模转换器，进而控制可变增益放大器的放大或衰减系数。当可变增益调节模块无法将其输出的差分信号调节至高速差分模数转换器所需的输入范围时，信号处理单元向探测器增益控制模块发出低电压增益控制信号，探测器增益控制模块由光耦隔离器和高压偏置电路组成，如图4所示，信号处理单元通过向探测器增益控制模块发出低电压增益控制信号，探测器增益控制模块产生高电压增益控制信号并输入至四象限光电探测器，以调节四象限光电探测器输出信号的幅值。当四象限光电探测器输出信号经过信号调理电路后适配高速差分模数转换器所需的输入范围时，信号处理单元将采集到的四个通道的数字信号进行计算处理，得到光斑中心位置并发送至上位机控制系统。
本实施方式中所述的四象限光电探测器采用中国电子科技集团公司第四十四研究所研制的GD4316Y型探测器，单端转差分驱动器采用ADI公司生产的AD8137YCP，可变增益放大器采用ADI公司生产的AFRF6516，数模转换器采用LINEAR公司生产的LTC1665IGN，高速差分模数转换器采用LINEAR公司生产的LTC2171-14，信号处理单元采用ALTERA公司生产的EP3C25U256I7，高压偏置电路采用LINEAR公司生产的LTC3836IDE，限幅保护电路由单体二极管搭建组成，高通滤波器为电阻和电容组成的RC高通滤波器，电阻阻值为1kΩ，电容容值为1μF，光耦隔离器采用FAIRCHILD公司生产的HCPL-0630。
本实施方式所述的四象限光电探测器输出的窄脉冲电信号半峰宽度约为1微秒，所以需要在1微秒内进行多次采样才能无失真还原信号，本实施例中高速差分模数转换器采样频率为40MHz，一个窄脉冲电信号脉冲宽度内可以采集40个点。由于四象限光电探测器接收到的激光能量变化动态范围较大，因此四象限光电探测器具有较大的输出范围，本实施例中所选四象限光电探测器输出为0至-10V，而高速差分模数转换器的差模有效范围为1至2V，所以当四象限光电探测器输出信号幅值远小于1V时，需要可变增益放大器将其放大至1至2V之间，当四象限光电探测器输出信号幅值大于2V时，限幅保护电路将其钳位至2V，此时信号处理单元监测到高速差分模数转换器输出的信号接近饱和，信号处理单元首先控制可变增益调节模块，将可变增益放大器增益设置成衰减模式，如果高速差分模数转换器输出的信号仍然接近饱和，信号处理单元向探测器增益控制模块发出低电压增益控制信号，关闭四象限光电探测器的-100V直流偏置电压，减小四象限光电探测器的光电转换效率，使其输出窄脉冲电信号幅值减小，直至高速差分模数转换器输出信号不饱和。
本实施方式采用高速差分模数转换器采集四象限光电探测器输出的窄脉冲电信号，消除了传统峰值保持电路引入的信号失真，同时消除了分立电容参数随温度变化的个体差异性，由于本发明所采用的方案具有高集成度，因此对四象限光电探测器输出的各个通道的窄脉冲电信号的调理具有更好的一致性，提高了光斑中心位置的计算精度，同时，当外界环境温度的变化范围较大时，系统精度受影响很小。
Claims (4)
1.四象限光电探测器信号处理系统，其特征是，该处理系统对四个通道的信号同时采集和处理，包括四个通道的信号调理电路、高速差分模数转换器、信号处理单元和探测器增益控制模块；所述四个通道的信号调理电路组成结构相同，每个通道的信号调理电路包括限幅保护电路、高通滤波器、单端转差分驱动器和可变增益调节模块；
四象限光电探测器输出的窄脉冲信号经限幅保护电路进行幅值限幅后进入高通滤波器进行滤波，消除窄脉冲信号中的低频分量，所述滤波后的窄脉冲信号经单端转差分驱动器转换为差分信号，所述差分信号进入可变增益调节模块，所述可变增益调节模块将调节后的差分信号输入至高速差分模数转换器，高速差分模数转换器具有四个模数转换通道，同时采样四个通道信号调理电路输出的差分信号并将差分信号转换成数字信号，所述信号处理单元对高速差分模数转换器输出的数字信号进行采集处理，并将采集的四个通道的数字信号进行计算，获得光斑中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种四象限光电探测器信号处理系统，其特征在于，所述可变增益调节模块由数模转换器和可变增益放大器组成，所述可变增益放大器将输入的差分信号进行放大或者衰减，放大或衰减系数由信号处理单元通过数模转换器控制。
3.根据权利要求1或2所述的一种四象限光电探测器信号处理系统，其特征在于，所述信号处理单元根据数字信号的幅值控制可变增益调节模块中的数模转换器，进一步控制可变增益放大器的放大或衰减系数，当可变增益调节模块输出的差分信号无法调节至高速差分模数转换器需要的输入范围时，信号处理单元向探测器增益控制模块发出低电压增益控制信号，所述探测器增益控制模块产生高电压增益控制信号并输入至四象限光电探测器，用于调节四象限光电探测器输出信号的幅值。
4.根据权利要求3所述的一种四象限光电探测器信号处理系统，其特征在于，所述探测器增益控制模块由光耦隔离器及高压偏置电路组成，所述低电压增益控制信号经光耦隔离器和高压偏置电路后，产生高电压增益控制号，并将高电压增益控制号输入至四象限光电探测器，用于调节四象限光电探测器输出信号的幅值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510131112.5A CN104748844B (zh) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | 四象限光电探测器信号处理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510131112.5A CN104748844B (zh) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | 四象限光电探测器信号处理系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104748844A true CN104748844A (zh) | 2015-07-01 |
| CN104748844B CN104748844B (zh) | 2016-10-12 |
Family
ID=53588871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510131112.5A Expired - Fee Related CN104748844B (zh) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | 四象限光电探测器信号处理系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104748844B (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106155116A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-23 | 上海卫星工程研究所 | 阳光自动跟踪系统及其建立方法 |
| CN106225783A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-12-14 | 厦门中莘光电科技有限公司 | 用于轨迹探测的四象限硅基光电探测器 |
| CN107229042A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-10-03 | 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 | 一种基于dsp嵌入式系统的激光信号检测装置及控制方法 |
| CN107802242A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-16 | 清华大学深圳研究生院 | 用于光声成像的信号采集与处理装置和方法 |
| CN108020121A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-05-11 | 湖北航天飞行器研究所 | 一种激光导引头能量控制系统及方法 |
| CN108173523A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种激光半主动导引头自动增益控制电路及控制方法 |
| CN108662979A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-16 | 西安雷华测控技术有限公司 | 一种四象限探测器 |
| CN109029741A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-18 | 弦海（上海）量子科技有限公司 | 基于光量子四象限探测全差分均衡随机数发生方法 |
| CN110417264A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置及方法 |
| CN110601724A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-20 | 合肥金星机电科技发展有限公司 | 微弱光电信号抗干扰长距离传输系统 |
| CN111121626A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 广东博智林机器人有限公司 | 信号检测电路、位置敏感检测器以及位置检测系统 |
| CN114252753A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-29 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于筛选四象限探测器的方法和系统 |
-
2015
- 2015-03-24 CN CN201510131112.5A patent/CN104748844B/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 陈勇: "基于插值法的四象限探测器测角算法设计与实现方法分析", 《红外与激光工程》 * |
| 高思远 等: "全捷联激光制导寻的器测角精度分析与优化", 《红外与激光工程》 * |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106155116A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-23 | 上海卫星工程研究所 | 阳光自动跟踪系统及其建立方法 |
| CN106225783A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-12-14 | 厦门中莘光电科技有限公司 | 用于轨迹探测的四象限硅基光电探测器 |
| CN107229042A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-10-03 | 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 | 一种基于dsp嵌入式系统的激光信号检测装置及控制方法 |
| CN108020121B (zh) * | 2017-11-17 | 2019-07-09 | 湖北航天飞行器研究所 | 一种激光导引头能量控制系统及方法 |
| CN108020121A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-05-11 | 湖北航天飞行器研究所 | 一种激光导引头能量控制系统及方法 |
| CN107802242A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-16 | 清华大学深圳研究生院 | 用于光声成像的信号采集与处理装置和方法 |
| CN108173523A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种激光半主动导引头自动增益控制电路及控制方法 |
| CN110417264A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置及方法 |
| CN108662979A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-16 | 西安雷华测控技术有限公司 | 一种四象限探测器 |
| CN108662979B (zh) * | 2018-05-04 | 2024-07-09 | 西安雷华测控技术有限公司 | 一种四象限探测器 |
| CN109029741B (zh) * | 2018-07-05 | 2024-02-06 | 弦海（上海）量子科技有限公司 | 基于光量子四象限探测全差分均衡随机数发生方法 |
| CN109029741A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-18 | 弦海（上海）量子科技有限公司 | 基于光量子四象限探测全差分均衡随机数发生方法 |
| CN110601724A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-20 | 合肥金星机电科技发展有限公司 | 微弱光电信号抗干扰长距离传输系统 |
| CN110601724B (zh) * | 2019-09-25 | 2024-03-22 | 合肥金星智控科技股份有限公司 | 微弱光电信号抗干扰长距离传输系统 |
| CN111121626A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 广东博智林机器人有限公司 | 信号检测电路、位置敏感检测器以及位置检测系统 |
| CN114252753B (zh) * | 2021-12-24 | 2022-08-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于筛选四象限探测器的方法和系统 |
| CN114252753A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-29 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于筛选四象限探测器的方法和系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104748844B (zh) | 2016-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104748844A (zh) | 四象限光电探测器信号处理系统 | |
| CN104614756A (zh) | 一种核素能谱数字化采集系统及其采集方法 | |
| CN104198826A (zh) | 一种脉冲信号检测系统、方法及粒子计数器 | |
| CN108334143A (zh) | 一种温度自适应的SiPM增益控制系统及其控制方法 | |
| CN103364614A (zh) | 自适应宽量程电流电压转换装置 | |
| CN105425012A (zh) | 一种用于连续窄脉冲下的apd像元电压读取电路 | |
| CN1808285B (zh) | 一种用于光刻机同轴对准的基于pga的高精度模数转换装置及其控制方法 | |
| CN212675023U (zh) | 一种直流微电流检测电路 | |
| CN110086442A (zh) | 一种四象限探测器信号放大电路 | |
| CN103162839B (zh) | 用于Nb5N6常温太赫兹检测器线阵的读出电路 | |
| CN204188710U (zh) | 一种脉冲信号检测系统及粒子计数器 | |
| CN204631100U (zh) | 适用于雷电过电压环境的高速光隔离电压传感器 | |
| CN110332993A (zh) | 一种高速可调时域脉冲型平衡零差探测器及其数据采集方法 | |
| CN113920710B (zh) | 地铁乘客信息电子核检系统 | |
| CN215005602U (zh) | 一种混合信号测试电路中的前端采样电路系统 | |
| CN112558107B (zh) | 一种增大激光雷达瞬时动态的直流基线调节装置及方法 | |
| CN210690814U (zh) | 一种脉冲激光雷达的高阶放大-拟合时刻鉴别电路 | |
| CN112415539B (zh) | 一种星载大气激光雷达pmt探测装置 | |
| CN102624449B (zh) | 一种信号探测器及其探测电路 | |
| CN113670345A (zh) | 一种用于光电流信号分解的低噪声光电探测装置 | |
| JP2004347368A (ja) | 放射線モニタ | |
| CN101350675A (zh) | 用于限幅放大器的阈值检测电路系统 | |
| CN206074123U (zh) | 四象限传感器电路 | |
| CN205670166U (zh) | 微伏级直流电压信号采集系统 | |
| CN204255286U (zh) | 一种用于水电机组的振动摆度数据采集装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161012 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |