CN105180979A

CN105180979A - 基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统

Info

Publication number: CN105180979A
Application number: CN201510471196.7A
Authority: CN
Inventors: 刘霖; 罗颖; 邱会中; 杨先明; 张晓奕; 刘永; 金嘉韬
Original assignee: Ningbo Momi Innovation Works Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Momi Innovation Works Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明公开了基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于，由光源(1)，与光源(1)相连接的滤光片(2)，与滤光片(2)相连接的接收模块(3)，与接收模块(3)相连接的线性调制解调模块(7)，与线性调制解调模块(7)相连接的差分模块(6)，与差分模块(6)相连接的数字感光模块(4)，以及与数字感光模块(4)相连接的CPU(5)组成；本发明检测信号采用数字化传输和处理，因此可以在很大程度上降低信号在处理或传输过程中所产生干扰噪声，避免有用信号与干扰噪声互相混淆，从而有效的提高了本发明的检测精度。本发明可以对接收到的有用信号进行放大，而对干扰信号进行抑制，从而使本发明的检测精度更高。

Description

基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统

技术领域

本发明涉及一种光电检测系统，具体是指基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统。

背景技术

自动在线检测系统中，分为光学检测系统和电化学检测系统两大类。与电化学检测相比，光电检测的方法为非接触检测，不需与腐蚀性的检测液接触，方便了仪器的维护工作，延长了检测器的使用寿命。因此，光电检测被广泛应用于工业生产当中。

光电检测主要是把光的信号强度转换成对应的电信号强度，通过光电压值的变化来计算被检测物体的各种参数。然而传统的光电检测系统容易产生噪声干扰，这些噪声是随机起伏的，覆盖在很宽的频谱范围内，它们和有用信号同时存在，互相混淆，限制了检测系统的分辨率。因此如何减弱或消除噪声的干扰，提高信号检测精度，得到最小的非线性失真信号则是目前的当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的光电检测系统容易产生干扰噪声的缺陷，提供一种基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其由光源，与光源相连接的滤光片，与滤光片相连接的接收模块，与接收模块相连接的线性调制解调模块，与线性调制解调模块相连接的差分模块，与差分模块相连接的数字感光模块，以及与数字感光模块相连接的CPU组成。

进一步的，所述差分模块由三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5，P极与三极管VT4的集电极相连接、N极接地的二极管D6，负极与三极管VT4的集电极相连接、正极则经二极管D5后与三极管VT3的集电极相连接的电容C8，P极经电阻R17后与电容C8的正极相连接、N极则经电容C7后与三极管VT5的集电极相连接的稳压二极管D4，N极经电阻R10后与三极管VT5的发射极相连接、P极则与稳压二极管D4的P极相连接的稳压二极管D3，正极经电阻R11后与三极管VT1的基极相连接、负极则与稳压二极管D4的P极相连接的极性电容C6，串接在三极管VT1和三极管VT2的集电极之间的电阻R12，一端与三极管VT5的集电极相连接、另一端则经电位器R14后与三极管VT4的发射极相连接的电阻R13，负极与电容C8的正极相连接、正极则与三极管VT4的发射极相连接的电容C9，以及一端与三极管VT3的基极相连接、另一端则经电位器R15后与三极管VT4的基极相连接的电阻R16组成；所述三极管VT1的集电极与稳压二极管D4的N极相连接，其发射极则与三极管VT3的发射极相连接；所述三极管VT2的发射极与三极管VT1的发射极相连接，其集电极还与三极管VT5的基极相连接，基极则与电位器R14的控制端相连接；所述三极管VT5的发射极与稳压二极管D3的P极一起形成该差分模块的输入端，其集电极则与三极管VT4的发射极一起形成该差分模块的输出端；所述三极管VT4的基极与电位器R15的控制端相连接。

所述线性调制解调模块由与非门A1，与非门A2，与非门A3，三极管VT6，N极与三极管VT6的基极相连接、P极则顺次经电阻R19、电位器R18以及电阻R20后接地的二极管D8，串接在三极管VT6的基极和与非门A3的输出端之间的电阻R24，串接在与非门A1的输出端与三极管VT6的集电极之间的电容C11，与电容C11相并联的二极管D7，串接在与非门A1的正极和输出端之间的电容C10，与电容C10相并联的电阻R21，一端与与非门A1的输出端相连接、另一端则与与非门A2的正极相连接的电阻R23，以及一端与与非门A2的正极相连接、另一端则与与非门A3的正极一起形成该线性调制解调模块的输出端的电位器R22组成；所述与非门A1的负极与电位器R18的控制端相连接；而与非门A2的正极与电位器R22的控制端相连接、其负极接地、输出端则与与非门A3的负极相连接；所述三极管VT6的发射极与二极管D8的P极相连接的同时与电阻R18和电阻R20的连接点一起形成该线性调制解调模块的输入端。

所述数字感光模块由转换芯片U，串接在转换芯片U的VS管脚和R/C管脚之间的电阻R5，串接在转换芯片U的F.O管脚和C.O管脚之间的极性电容C2，与转换芯片U相连接的电位器R3、微分电路、分压电路以及放大电路，以及与放大电路相连接的整流滤波稳压电路组成。

所述微分电路包括电容C1和电阻R1；该电容C1的负极经电阻R1后与转换芯片U的VS管脚相连接；所述电位器R3的一端与电容C1的正极一起形成该数字感光模块的输入端、其另一端则与转换芯片U的C.R管脚相连接；所述转换芯片U的VS管脚接12V电压，其THRE管脚则与电容C1的负极相连接，其C.R管脚还与电位器R3的控制端相连接。

所述的分压电路包括电阻R2和电阻R4；该电阻R2的一端接地、其另一端则经电阻R4后与转换芯片U的VS管脚相连接；所述转换芯片U的COMP管脚则与电阻R2和电阻R4的连接点相连接。

所述的放大电路由放大器P，三极管VT，串接在放大器P的正极和输出端之间的电容C4，串接在放大器P的正极和三极管VT的发射极之间的电阻R6，串接在三极管VT的发射极和放大器P的输出端之间的电阻R7，以及正极与转换芯片U的R/C管脚相连接、负极则与三极管VT的集电极相连接的极性电容C3组成；所述三极管VT的基极与转换芯片U的C.O管脚相连接、其集电极则与整流滤波稳压电路相连接；所述放大器P的负极与转换芯片U的GND管脚相连接的同时接地、其输出端则与整流滤波稳压电路相连接。

所述整流滤波稳压电路由二极管整流器U1，稳压芯片U2，一端与稳压芯片U2的GND管脚相连接、另一端接地的电位器R8，负极与二极管整流器U1的正极输出端相连接、正极则顺次经二极管D1和二极管D2后与电位器R8的控制端相连接的电容C5，以及一端与稳压芯片U2的OUT管脚相连接、另一端则与二极管整流器U1的正极输出端相连接的电阻R9组成；所述二极管整流器U1的两个输入极分别与极性电容C3的负极和放大器P的输出端相连接，其负极输出端则与稳压芯片U2的IN管脚相连接；稳压芯片U2的OUT管脚与二极管D1和二极管D2的连接点相连接；该二极管整流器U1的正极输出端和稳压芯片U2的OUT管脚一起则形成该数字感光模块的输出端。

所述的转换芯片U优选为LM331集成芯片，而稳压芯片U2则优先选用W317集成芯片来实现。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明检测信号采用数字化传输和处理，因此可以在很大程度上降低信号在处理或传输过程中所产生干扰噪声，避免有用信号与干扰噪声互相混淆，从而有效的提高了本发明的检测精度。

(2)本发明信号传输线性度高，避免信号传输的过程中出现中断而影响其检测精度。

(3)本发明可以对接收到的有用信号进行放大，而对干扰信号进行抑制，从而使本发明的检测精度更高。

(4)本发明结构简单，体积小，适用性更强。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的数字感光模块电路结构示意图。

图3为本发明的差分模块电路结构示意图。

图4为本发明的线性调制解调模块电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，由光源1，与光源1相连接的滤光片2，与滤光片2相连接的接收模块3，与接收模块3相连接的线性调制解调模块7，与线性调制解调模块7相连接的差分模块6，与差分模块6相连接的数字感光模块4，以及与数字感光模块4相连接的CPU5组成。

其中，光源1用于不间断的给检测目标发射光束，其可以采用发光二极管或激光二极管来实现。而接收模块3则用于接收被检测目标所反射回来的光束，并对光束进行分析，确认反射回来的光束是否为光源1所发出的光束，其可以采用光电二极管或光电三极管来实现。在本实施例中，光源1和接收模块3是不共地的，即二者之间无电的联系，这样则可以提高本发明的抗干扰性能。

另外，该滤光片2用于对目标所反射回来的光束进行滤光，使其变为单色光，这样则使接收模块3能够更好的接收反射回来的光束，其可以优先采用带通型滤光片来实现。差分模块6用于对有用信号进行放大，而对干扰信号进行抑制，从而使本发明的检测精度更高。线性调制解调模块7可以线性的对检测信号进行处理。数字感光模块4则用于将光电信号转化为数字电信号，并传输给CPU进行运算。在具体实施时，该接收模块3和CPU5均采用现有技术即可实现。

所述数字感光模块4的结构如图2所示，其由转换芯片U，电阻R5，极性电容C2，电位器R3，微分电路，分压电路，放大电路以及整流滤波稳压电路组成。

该转换芯片U可以把光电信号转换成数字电信号，其优先采用LM331集成芯片来实现，该型号集成芯片内置温度补偿能隙基准电源，具有很高的转换精度和温度稳定性，且频率适应范围宽、线性度好、外围电路简单等特点。

其中，电阻R5串接在转换芯片U的VS管脚和R/C管脚之间，极性电容C2则串接在转换芯片U的F.O管脚和C.O管脚之间。

当信号输入进来后，该微分电路产生一负尖脉冲叠加到转换芯片U的VS管脚上，从而触发转换芯片U工作。该微分电路包括电容C1和电阻R1。电容C1的负极经电阻R1后与转换芯片U的VS管脚相连接；同时，电位器R3的一端与电容C1的正极一起形成该数字感光模块4的输入端、其另一端则与转换芯片U的C.R管脚相连接。

所述的分压电路可以对工作电压进行分压，从而保护转换芯片U不被过电压损坏，其包括电阻R2和电阻R4；该电阻R2的一端接地、其另一端则经电阻R4后与转换芯片U的VS管脚相连接。

为了使转换芯片U更好的工作，其VS管脚接12V电压，THRE管脚则与电容C1的负极相连接，其C.R管脚还与电位器R3的控制端相连接，COMP管脚则与电阻R2和电阻R4的连接点相连接。

为了得到更加稳定的数字电信号，从转换芯片U输出的数字电信号需经放大电路和整流滤波稳压电路进行处理。因此，该放大电路需与转换芯片U的输出端相连接，其具体结构包括有放大器P，三极管VT，极性电容C3，电阻R6，电阻R7以及电容C4。

连接时，该电容C4串接在放大器P的正极和输出端之间，电阻R6则串接在放大器P的正极和三极管VT的发射极之间，电阻R7串接在三极管VT的发射极和放大器P的输出端之间，而极性电容C3的正极与转换芯片U的R/C管脚相连接、其负极则与三极管VT的集电极相连接。

同时，该三极管VT的基极需与转换芯片U的C.O管脚相连接、其集电极则与整流滤波稳压电路相连接。所述放大器P的负极与转换芯片U的GND管脚相连接的同时接地、其输出端则与整流滤波稳压电路相连接。因此，经放大后的数字电信号可以输入到整流滤波稳压电路进行处理。

该整流滤波稳压电路则由二极管整流器U1，稳压芯片U2，一端与稳压芯片U2的GND管脚相连接、另一端接地的电位器R8，负极与二极管整流器U1的正极输出端相连接、正极则顺次经二极管D1和二极管D2后与电位器R8的控制端相连接的电容C5，以及一端与稳压芯片U2的OUT管脚相连接、另一端则与二极管整流器U1的正极输出端相连接的电阻R9组成。

具体的，该二极管整流器U1的两个输入极分别与极性电容C3的负极和放大器P的输出端相连接，其负极输出端则与稳压芯片U2的IN管脚相连接。稳压芯片U2的OUT管脚与二极管D1和二极管D2的连接点相连接。该二极管整流器U1的正极输出端和稳压芯片U2的OUT管脚一起则形成该数字感光模块4的输出端。为了达到更好的稳压效果，所述的稳压芯片U2优先采用W317集成芯片来实现。

差分模块6的结构如图3所示，其包括三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电位器R14，电位器R15，电阻R16，电阻R17，稳压二极管D3，稳压二极管D4，二极管D5，二极管D6，极性电容C6，电容C7，电容C8以及电容C9。

连接进，二极管D6的P极与三极管VT4的集电极相连接、其N极接地，电容C8的负极与三极管VT4的集电极相连接、其正极则经二极管D5后与三极管VT3的集电极相连接，稳压二极管D4的P极经电阻R17后与电容C8的正极相连接、其N极则经电容C7后与三极管VT5的集电极相连接，稳压二极管D3的N极经电阻R10后与三极管VT5的发射极相连接、其P极则与稳压二极管D4的P极相连接，极性电容C6的正极经电阻R11后与三极管VT1的基极相连接、其负极则与稳压二极管D4的P极相连接，电阻R12则串接在三极管VT1和三极管VT2的集电极之间，电阻R13的一端与三极管VT5的集电极相连接、其另一端则经电位器R14后与三极管VT4的发射极相连接，电容C9的负极与电容C8的正极相连接、其正极则与三极管VT4的发射极相连接，电阻R16的一端与三极管VT3的基极相连接、其另一端则经电位器R15后与三极管VT4的基极相连接。

同时，所述三极管VT1的集电极与稳压二极管D4的N极相连接，其发射极则与三极管VT3的发射极相连接。所述三极管VT2的发射极与三极管VT1的发射极相连接，其集电极还与三极管VT5的基极相连接，基极则与电位器R14的控制端相连接。所述三极管VT5的发射极与稳压二极管D3的P极一起形成该差分模块6的输入端，其集电极则与三极管VT4的发射极一起形成该差分模块6的输出端。所述三极管VT4的基极与电位器R15的控制端相连接。

线性调制解调模块7如图4所示，其包括与非门A1，与非门A2，与非门A3，三极管VT6，电位器R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电位器R22，电阻R23，电阻R24，电容C10，电容C11，二极管D7以及二极管D8组成。

其中，电容C10和电阻R21组成RC滤波器，其具体结构为：电容C10串接在与非门A1的正极和输出端之间，而电阻R21则与电容C10相并联。

与非门A2，与非门A3，电阻R24以及电位器R22组成一个反向放大器，其可对检测信号进行反向放大处理。为了达到预期效果，该与非门A2的正极经电位器R22后与与非门A3的正极一起形成该线性调制解调模块7的输出端，其负极接地，其输出端则与与非门A3的负极相连接；该与非门A2的正极还与电位器R22的控制端相连接，而与非门A3的输出端则经电阻R24后与三极管VT6的基极相连接。

同时，该二极管D8的N极与三极管VT6的基极相连接、其P极则顺次经电阻R19、电位器R18以及电阻R20后接地，电容C11则串接在与非门A1的输出端与三极管VT6的集电极之间，二极管D7则与电容C11相并联，电阻R23的一端与与非门A1的输出端相连接、其另一端则与与非门A2的正极相连接。所述与非门A1的负极与电位器R18的控制端相连接。所述三极管VT6的发射极与二极管D8的P极相连接的同时与电阻R18和电阻R20的连接点一起形成该线性调制解调模块7的输入端。在本实施例中，该电位器R18作为非线性校正电位器，调整电位器R18的阻值可以很好的补偿系统的非线性。

如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims

1.基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于，由光源(1)，与光源(1)相连接的滤光片(2)，与滤光片(2)相连接的接收模块(3)，与接收模块(3)相连接的线性调制解调模块(7)，与线性调制解调模块(7)相连接的差分模块(6)，与差分模块(6)相连接的数字感光模块(4)，以及与数字感光模块(4)相连接的CPU(5)组成；所述差分模块(6)由三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5，P极与三极管VT4的集电极相连接、N极接地的二极管D6，负极与三极管VT4的集电极相连接、正极则经二极管D5后与三极管VT3的集电极相连接的电容C8，P极经电阻R17后与电容C8的正极相连接、N极则经电容C7后与三极管VT5的集电极相连接的稳压二极管D4，N极经电阻R10后与三极管VT5的发射极相连接、P极则与稳压二极管D4的P极相连接的稳压二极管D3，正极经电阻R11后与三极管VT1的基极相连接、负极则与稳压二极管D4的P极相连接的极性电容C6，串接在三极管VT1和三极管VT2的集电极之间的电阻R12，一端与三极管VT5的集电极相连接、另一端则经电位器R14后与三极管VT4的发射极相连接的电阻R13，负极与电容C8的正极相连接、正极则与三极管VT4的发射极相连接的电容C9，以及一端与三极管VT3的基极相连接、另一端则经电位器R15后与三极管VT4的基极相连接的电阻R16组成；所述三极管VT1的集电极与稳压二极管D4的N极相连接，其发射极则与三极管VT3的发射极相连接；所述三极管VT2的发射极与三极管VT1的发射极相连接，其集电极还与三极管VT5的基极相连接，基极则与电位器R14的控制端相连接；所述三极管VT5的发射极与稳压二极管D3的P极一起形成该差分模块(6)的输入端，其集电极则与三极管VT4的发射极一起形成该差分模块(6)的输出端；所述三极管VT4的基极与电位器R15的控制端相连接；所述线性调制解调模块(7)由与非门A1，与非门A2，与非门A3，三极管VT6，N极与三极管VT6的基极相连接、P极则顺次经电阻R19、电位器R18以及电阻R20后接地的二极管D8，串接在三极管VT6的基极和与非门A3的输出端之间的电阻R24，串接在与非门A1的输出端与三极管VT6的集电极之间的电容C11，与电容C11相并联的二极管D7，串接在与非门A1的正极和输出端之间的电容C10，与电容C10相并联的电阻R21，一端与与非门A1的输出端相连接、另一端则与与非门A2的正极相连接的电阻R23，以及一端与与非门A2的正极相连接、另一端则与与非门A3的正极一起形成该线性调制解调模块(7)的输出端的电位器R22组成；所述与非门A1的负极与电位器R18的控制端相连接；而与非门A2的正极与电位器R22的控制端相连接、其负极接地、输出端则与与非门A3的负极相连接；所述三极管VT6的发射极与二极管D8的P极相连接的同时与电阻R18和电阻R20的连接点一起形成该线性调制解调模块(7)的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于：所述数字感光模块(4)则由转换芯片U，串接在转换芯片U的VS管脚和R/C管脚之间的电阻R5，串接在转换芯片U的F.O管脚和C.O管脚之间的极性电容C2，与转换芯片U相连接的电位器R3、微分电路、分压电路以及放大电路，以及与放大电路相连接的整流滤波稳压电路组成。

3.根据权利要求2所述的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于：所述微分电路包括电容C1和电阻R1；该电容C1的负极经电阻R1后与转换芯片U的VS管脚相连接；所述电位器R3的一端与电容C1的正极一起形成该数字感光模块(4)的输入端、其另一端则与转换芯片U的C.R管脚相连接；所述转换芯片U的VS管脚接12V电压，其THRE管脚则与电容C1的负极相连接，其C.R管脚还与电位器R3的控制端相连接。

4.根据权利要求3所述的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于：所述的分压电路包括电阻R2和电阻R4；该电阻R2的一端接地、其另一端则经电阻R4后与转换芯片U的VS管脚相连接；所述转换芯片U的COMP管脚则与电阻R2和电阻R4的连接点相连接。

5.根据权利要求4所述的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于：所述的放大电路由放大器P，三极管VT，串接在放大器P的正极和输出端之间的电容C4，串接在放大器P的正极和三极管VT的发射极之间的电阻R6，串接在三极管VT的发射极和放大器P的输出端之间的电阻R7，以及正极与转换芯片U的R/C管脚相连接、负极则与三极管VT的集电极相连接的极性电容C3组成；所述三极管VT的基极与转换芯片U的C.O管脚相连接、其集电极则与整流滤波稳压电路相连接；所述放大器P的负极与转换芯片U的GND管脚相连接的同时接地、其输出端则与整流滤波稳压电路相连接。

6.根据权利要求5所述的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于：所述整流滤波稳压电路由二极管整流器U1，稳压芯片U2，一端与稳压芯片U2的GND管脚相连接、另一端接地的电位器R8，负极与二极管整流器U1的正极输出端相连接、正极则顺次经二极管D1和二极管D2后与电位器R8的控制端相连接的电容C5，以及一端与稳压芯片U2的OUT管脚相连接、另一端则与二极管整流器U1的正极输出端相连接的电阻R9组成；所述二极管整流器U1的两个输入极分别与极性电容C3的负极和放大器P的输出端相连接，其负极输出端则与稳压芯片U2的IN管脚相连接；稳压芯片U2的OUT管脚与二极管D1和二极管D2的连接点相连接；该二极管整流器U1的正极输出端和稳压芯片U2的OUT管脚一起则形成该数字感光模块(4)的输出端。

7.根据权利要求2～6任一项所述的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于：所述的转换芯片U为LM331集成芯片。

8.根据权利要求6所述的基于线性调制解调电路的高速差分式数字光电检测系统，其特征在于：所述的稳压芯片U2为W317集成芯片。