CN106768321A - 一种微弱光信号检测电路 - Google Patents
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Abstract
一种微弱光信号检测电路由光电二极管、前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换电路，MCU控制和信号处理电路等组成。可以有效测量微弱光信号，适用于一般光信号和微弱光信号的检测需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种光信号检测电路，尤其是一种微弱光信号检测电路。
背景技术
微弱信号是指深埋在背景噪声中的极其微弱的有用信号。随着科学技术的不断发展,被噪声掩盖的各种微弱信号的检测(如、弱光、微温差、微振动、弱磁、微电流等)愈来愈受到人们的重视。
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术来对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。其原理是通过光电探测器件将光学信息量变换成电信号，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。微弱光信号的检测在许多领域都有应用，检测方法多种多样，但常用的方法由于灵敏度有限，难以满足要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计了一种微弱光信号检测电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
微弱光信号检测电路由光电二极管、前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换电路，MCU控制和信号处理电路等组成。
所述前置放大电路采用两个运放来组成复合放大电路，它由一个内反馈电路与外反馈电路组成，具有降低噪声带宽而不影响信号频带的特点。在外反馈电路基础上附加的内反馈电路，可用R3、R4、C3来控制U2A的增益响应特性。在直流情况下，该反馈可由C3断开，此时放大器的开环增益是两个放大器开环增益的乘积。合理地设置R4/R3的比值具有减小噪声带宽的功效。前置放大器选用AD795KN。
所述滤波电路设计为压控电压源二阶带通滤波电路，其放大器选用LM741C，可以保证测量的准确性，使电路具有良好的信噪比。
所述主放大电路选用LM308放大器，由于经过其放大过的信号还不能满足采样电压要求，所以通过主放大电路实现，该放大器的放大倍数为A=1+R12/R11，其中R12为反馈电阻，R10=R11R12/(R11+R12)。
本发明的有益效果是，所述微弱光信号检测电路比较稳定，精度高，可以有效地测量微弱光信号，该电路不但适用于微弱光信号的检测，同时适用于一般光信号的检测。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是检测系统结构图。
图2是前置放大电路。
图3是滤波电路。
图4是主放大电路。
具体实施方式
在图1中，微弱光信号检测电路由光电二极管、前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换电路，MCU控制和信号处理电路等组成。
在图2中，所述前置放大电路采用两个运放来组成复合放大电路，它由一个内反馈电路与外反馈电路组成，具有降低噪声带宽而不影响信号频带的特点。在外反馈电路基础上附加的内反馈电路，可用R3、R4、C3来控制U2A的增益响应特性。在直流情况下，该反馈可由C3断开，此时放大器的开环增益是两个放大器开环增益的乘积。合理地设置R4/R3的比值具有减小噪声带宽的功效。前置放大器选用AD795KN。R2是为了补偿因R1过大所造成的直流误差，R2上的并联电容C2用于去除它上面的杂散噪声。外反馈电阻R1上并联的电容C1为消振电容，其作用是减小电路的通频带。
在图3中，为使电路设计简洁并具有良好的信噪比，保证测量的精确性，在前置放大电路之后设计“压控电压源二阶带通滤波电路”，以除去有用信号频带以外的噪声，包括环境噪声及由前置放大器引入的噪声。其中放大器可选用LM741C。若Up(s)为同相比例运算电路的输入，比例系数为：
，那么，当C4=C5=C，R5=R，R7=2R时，电路的传递函数为：，令中心频率,电压放大倍数为:,那么当f=f0时， 其通带放大倍数为：，其通频带为：，式中，Q为品质因数，Q值越大，随着频率的变化，其增益衰减越快。这是因为，中心频率一定时，Q值越大，所通过的频带越窄，滤波器的选择性越好。
在图4中，所述主放大电路选用LM308放大器，由于经过其放大过的信号还不能满足采样电压要求，所以通过主放大电路实现，该放大器的放大倍数为A=1+R12/R11，其中R12为反馈电阻，R10=R11R12/(R11+R12)。
Claims (4)
1.一种微弱光信号检测电路由光电二极管、前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换电路，MCU控制和信号处理电路等组成。
2.根据权利要求1所述的微弱光信号检测电路，其特征是所述前置放大电路采用两个运放来组成复合放大电路，由一个内反馈电路与外反馈电路组成，在外反馈电路基础上附加的内反馈电路，可用R3、R4、C3来控制U2A的增益响应特性；在直流情况下，该反馈可由C3断开，此时放大器的开环增益是两个放大器开环增益的乘积；合理地设置R4/R3的比值具有减小噪声带宽的功效；前置放大器选用AD795KN。
3.根据权利要求1所述的微弱光信号检测电路，其特征是所述所述滤波电路设计为压控电压源二阶带通滤波电路，其放大器选用LM741C，可以保证测量的准确性，使电路具有良好的信噪比。
4.根据权利要求1所述的微弱光信号检测电路，其特征是所述主放大电路选用LM308放大器，由于经过其放大过的信号还不能满足采样电压要求，所以通过主放大电路实现，该放大器的放大倍数为A=1+R12/R11，其中R12为反馈电阻，R10=R11R12/(R11+R12)。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108534893A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-14 | 西安工业大学 | 一种用于光外差探测的光电检测电路 |
| CN108895344A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-11-27 | 鹰利视医疗科技有限公司 | 一种带有测光机构的冷光源 |
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| CN108534893B (zh) * | 2018-04-04 | 2023-12-15 | 西安工业大学 | 一种用于光外差探测的光电检测电路 |
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