CN105424181A

CN105424181A - 一种微弱光电信号测量电路

Info

Publication number: CN105424181A
Application number: CN201410474070.0A
Authority: CN
Inventors: 陶建臣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-23

Abstract

一种微弱光电信号测量电路。本发明具有小型便携、灵敏度高、重复性好等特点，在微弱光信号现场检测方面具有很好的应用前景。其中包括暗箱、放大电路、A/D转换电路、CPU、液晶显示、PC机；暗箱内设置有透镜，与透镜相连的滤光片，与滤光片相连的针孔，再与针孔相连的光电倍增管；当微弱光信号即待测微弱光通过检测装置的接收窗口进入暗箱，经过透镜汇聚、滤光片和针孔过滤，进入光电倍增管检测窗，通过光电转换后将光学信号变换成电信号，整个光路部分密封在暗箱中，可以有效避免外界杂散光的干扰；然后电信号通过放大电路和信号采集A/D转换处理电路，变换为数字信号，数字信号传送给CPU最后将测量结果显示在液晶屏上，或者上传到PC机上。

Description

一种微弱光电信号测量电路

技术领域

本发明是应用在工业生产和科学研究领的微弱光信号检测电路，具体地涉及一种微弱光电信号测量电路。

背景技术

微弱光通常是指在人眼明视觉所需的最低视场亮度水平(约10cd／m2)以下的光度计量，它是光度学领域中的一个非常重要的组成部分。微弱光信号检测在工业生产和科学研究领域具有很广泛的用途，微弱光信号的检测方法也有很多种，常用的检测方法主要是光电检测技术，光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目。

目前，对于微弱光信号检测，许多学者从测量电路的角度进行了研究和设计。比如通过数字滤波系统可以实现多通道同时检测弱光信号。对微弱光电流测量电路的测量原理及其电路噪声进行了分析，并设计了增益控制电路，能够实现1×10-12～1×10-3A的微弱电流信号测量。建立光电转换系统的设计模型，分析微弱光信号前置放大电路的等效模型，并对主放大器和滤波器进行了设计分析。现有技术中的微弱光信号检测电路仍存在着灵敏度不高、不易便携、不可重复性、精度低的问题，参考中国专利，专利号为201310412597.6，其公开了一种一种极微弱光信号的自校正检测电路，其特征在于：包括一可控光源、一光导纤维、一光电转换单元、一放大单元和一中央处理器，所述中央处理器控制所述可控光源激发荧光一预定时间后关闭所述可控光源，所述中央处理器接收所述放大单元中的信号并将其与一预设值进行比较以判断所述放大单元是否处于运放线性工作区，若不处于运放线性工作区则通过所述中央处理器改变所述放大单元的工作状态后重新判断，若处于运放线性工作区则进行采样测量荧光信号。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种微弱光电信号测量电路，本发明具有工作电压范围宽，开环增益高，噪声低，温漂小等优点；而且还具有小型便携、灵敏度高、重复性好等特点，在微弱光信号现场检测方面具有很好的应用前景。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种微弱光电信号测量电路，其中包括暗箱、放大电路、A/D转换电路、CPU、液晶显示、PC机；其结构要点是：暗箱内设置有透镜，与透镜相连的滤光片，与滤光片相连的针孔，再与针孔相连的光电倍增管；当微弱光信号即待测微弱光通过检测装置的接收窗口进入暗箱，经过透镜汇聚、滤光片和针孔过滤，进入光电倍增管检测窗，通过光电转换后将光学信号变换成电信号，整个光路部分密封在暗箱中，可以有效避免外界杂散光的干扰；然后电信号通过放大电路和信号采集A/D转换处理电路，变换为数字信号，数字信号传送给CPU最后将测量结果显示在液晶屏上，或者上传到PC机上。

作为本发明的一种优选方案，所述光电倍增管是采用一种高灵敏度的光电转换元件，将检测到的微弱光信号转化为微弱电信号；其次光电倍增管输出的是微电流信号，必须要进行I-V转换，将微弱电流信号转换成电压信号。

作为本发明的另一种优选方案，所述液晶显示是采用点阵式液晶模块，该液晶屏幕由122×32点阵构成，提供二行、每行8个汉字或16个字母的显示容量；该模块不带字库，汉字和字母的显示需要自行编制字库；该显示模块内嵌的字型ROM提供16×16点阵；另外，该模块还提供2个122×16点阵的图形设计存储器（GraphDesignRAM，GDRAM）以实现图形显示，该模块与微处理器的电气接口为并行方式。

进一步地，所述放大电路采用美国AD公司生产的高精度自稳零型运算放大器AD8630，AD8630的基本参数配置为：失调电压为1μV；温漂为0.002μV/

70℃；共模抑制比为130dB；信号带宽在0.1～10Hz范围内时，电压噪声峰峰值为0.5μV；电流噪声密度为5fA/Hz，满足对微弱电流信号放大的要求。

本发明的有益效果是。

本发明采用光电倍增管作为高灵敏光电转换器件，提供了一种微弱光电信号测量电路装置，其中光路部分密封在暗箱中能有效避免外界杂散光的干扰；基于电阻和高精度自稳零运算放大器的放大电路，工作电压范围宽，开环增益高，噪声低，温漂小等优点；本发明具有小型便携、灵敏度高、重复性好等特点，在微弱光信号现场检测方面具有很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明一种微弱光电信号测量电路系统总体结构图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种微弱光电信号测量电路系统总体结构图。图中包括暗箱、放大电路、A/D转换电路、CPU、液晶显示、PC机；暗箱内设置有透镜，与透镜相连的滤光片，与滤光片相连的针孔，再与针孔相连的光电倍增管；当微弱光信号即待测微弱光通过检测装置的接收窗口进入暗箱，经过透镜汇聚、滤光片和针孔过滤，进入光电倍增管检测窗，通过光电转换后将光学信号变换成电信号，整个光路部分密封在暗箱中，可以有效避免外界杂散光的干扰；然后电信号通过放大电路和信号采集A/D转换处理电路，变换为数字信号，数字信号传送给CPU最后将测量结果显示在液晶屏上，或者上传到PC机上。

本发明所述光电倍增管是采用一种高灵敏度的光电转换元件，将检测到的微弱光信号转化为微弱电信号；其次光电倍增管输出的是微电流信号，必须要进行I-V转换，将微弱电流信号转换成电压信号。所述液晶显示是采用点阵式液晶模块，该液晶屏幕由122×32点阵构成，提供二行、每行8个汉字或16个字母的显示容量；该模块不带字库，汉字和字母的显示需要自行编制字库；该显示模块内嵌的字型ROM提供16×16点阵；另外，该模块还提供2个122×16点阵的图形设计存储器（GraphDesignRAM，GDRAM）以实现图形显示，该模块与微处理器的电气接口为并行方式。

Claims

1.一种微弱光电信号测量电路，其中包括暗箱、放大电路、A/D转换电路、CPU、液晶显示、PC机；其特征在于：暗箱内设置有透镜，与透镜相连的滤光片，与滤光片相连的针孔，再与针孔相连的光电倍增管；当微弱光信号即待测微弱光通过检测装置的接收窗口进入暗箱，经过透镜汇聚、滤光片和针孔过滤，进入光电倍增管检测窗，通过光电转换后将光学信号变换成电信号，整个光路部分密封在暗箱中，可以有效避免外界杂散光的干扰；然后电信号通过放大电路和信号采集A/D转换处理电路，变换为数字信号，数字信号传送给CPU最后将测量结果显示在液晶屏上，或者上传到PC机上。

2.根据权利要求1所述的一种微弱光电信号测量电路，其特征在于：所述光电倍增管是采用一种高灵敏度的光电转换元件，将检测到的微弱光信号转化为微弱电信号；其次光电倍增管输出的是微电流信号，必须要进行I-V转换，将微弱电流信号转换成电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种微弱光电信号测量电路，其特征在于：所述液晶显示是采用点阵式液晶模块，该液晶屏幕由122×32点阵构成，提供二行、每行8个汉字或16个字母的显示容量；该模块不带字库，汉字和字母的显示需要自行编制字库；该显示模块内嵌的字型ROM提供16×16点阵；另外，该模块还提供2个122×16点阵的图形设计存储器（GraphDesignRAM，GDRAM）以实现图形显示，该模块与微处理器的电气接口为并行方式。

4.根据权利要求1所述的一种微弱光电信号测量电路，其特征在于：所述放大电路采用美国AD公司生产的高精度自稳零型运算放大器AD8630，AD8630的基本参数配置为：失调电压为1μV；温漂为0.002μV/70℃；共模抑制比为130dB；信号带宽在0.1～10Hz范围内时，电压噪声峰峰值为0.5μV；电流噪声密度为5fA/Hz，满足对微弱电流信号放大的要求。