CN108681270A - 一种线阵ccd探测器的信号处理电路 - Google Patents

一种线阵ccd探测器的信号处理电路 Download PDF

Info

Publication number
CN108681270A
CN108681270A CN201810312179.2A CN201810312179A CN108681270A CN 108681270 A CN108681270 A CN 108681270A CN 201810312179 A CN201810312179 A CN 201810312179A CN 108681270 A CN108681270 A CN 108681270A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
signal
ccd detector
linear ccd
signal processing
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.)
Pending
Application number
CN201810312179.2A
Other languages
English (en)
Inventor
雷雯雯
李宁
程友信
刘俊池
黎鹏飞
石清桥
程静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei Sanjiang Aerospace Wanfeng Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Hubei Sanjiang Aerospace Wanfeng Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei Sanjiang Aerospace Wanfeng Technology Development Co Ltd filed Critical Hubei Sanjiang Aerospace Wanfeng Technology Development Co Ltd
Priority to CN201810312179.2A priority Critical patent/CN108681270A/zh
Publication of CN108681270A publication Critical patent/CN108681270A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G05B19/0425—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2612—Data acquisition interface
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2656—Instrumentation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明属于光电探测技术领域，公开了一种线阵CCD探测器的信号处理电路，包括依次连接的前置放大电路、差分放大电路、滤波电路，模数转换器、光强调节电路和光源；其中，前置放大电路的输入端用于连接线阵CCD探测器的输出端，光源的输出端用于连接线阵CCD探测器的输入端；前置放大电路用于对线阵CCD探测器输出的信号进行电流放大以提高带负载的能力；差分放大电路用于对前置放大电路的输出信号进行差分放大以抑制掉共模引起的干扰，得到有效差模信号；滤波电路用于将差分放大电路输出的差模信号中的高频成分滤除；光强调节电路用于对光源光强进行调节以控制线阵CCD探测器输出电压信号的幅值；该信号处理电路可进一步提高基于CCD精密光学检测系统的测量精度。

Description

一种线阵CCD探测器的信号处理电路
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，更具体地，涉及一种线阵CCD探测器的信号处理电路。
背景技术
随着光电探测技术的快速发展，线阵CCD探测器因其分辨率高、灵敏度高、重量轻、体积小、像素位置准确、功耗小、可靠性好、信号处理方便、易于与计算机配合等优点，被广泛用于军事、医疗、工业检测、气象、机器人等众多微小角度精密光学测量领域。
在精密光学测量领域中，使用较多的是以线阵CCD探测器作为测量元件，CCD探测器根据光的强弱集聚相应电荷，产生与电荷成正比的弱电压信号，再通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或视频信号，即完成光电转换，此时的视频信号带有一定复位脉冲干扰和外界因素引起的干扰信号，因此要准确的检测到图像信号，必须进行适当的处理，才能提供给后级电路进行处理，后级电路经过一类系列信号处理电路解算出目标位置信息或者偏移角度值，因此CCD光电探测信号的处理正确性直接影响精密光学检测系统测量精度。
现有的线阵CCD信号处理电路采用相关双采样等技术，设计较为复杂，且针对不同CCD光电探测器需重新设计信号处理电路，增加了设计和研制成本。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种线阵CCD探测器的信号处理电路，其目的在于进一步提高基于CCD的精密光学检测系统测量精度。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种线阵CCD探测器的信号处理电路，包括依次连接的前置放大电路、差分放大电路、滤波电路，模数转换器、光强调节电路和光源；
其中，前置放大电路的输入端用于连接线阵CCD探测器的输出端，光源的输出端用于连接线阵CCD探测器的输入端；
前置放大电路用于对线阵CCD探测器输出的视频模拟电压信号进行电流放大以提高其带负载的能力；
差分放大电路用于对前置放大电路的输出信号进行差分放大以抑制掉共模引起的干扰，得到有效差模信号，从而降低干扰信号对图像信息的影响；
滤波电路用于将差分放大电路输出的差模信号中的高频成分滤除；
光强调节电路用于对光强进行调节，通过光强的调节控制线阵CCD探测器输出模拟电压信号的幅值。
优选的，上述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其光强调节电路包括DSP处理器和自动增益调节电路；
其中，DSP处理器用于将模数转换器输出数字信号的电压值与预设阈值电压进行比较产生控制信号以控制自动增益调节电路的通断；
其中，自动增益调节电路用于根据该控制信号通断对光源的光强进行调节，以控制线阵CCD探测器输出模拟电压信号的幅值，以克服线阵CCD探测器在接收光信号微弱的情况下输出视频信号电压幅值小易被淹没在噪声中，而在接收光信号光强较强情况下线阵CCD探测器容易达到饱和状态无法有效识别出目标位置信息的缺陷。
优选的，上述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其DSP处理器还具有用于连接上位机连的接口；用于将DSP处理器得到的目标角度解算值通发送到上位机。
优选的，上述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其自动增益调节电路采用MOS管实现，该MOS管具有纳秒级的通断速度。
优选的，上述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其DSP处理器采用预设的阈值电压对模数转换器输出的电压幅值进行判定，并在所述电压幅值小于阈值电压幅值时产生控制信号控制MOS管的通断以再次采集光源信号电压，直到电压幅值满足阈值电压要求，达到光强的调节的目的。
优选的，上述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其滤波电路采用一阶RC滤波电路，一阶RC滤波电路中的电容C选用PF级电容。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的线阵CCD探测器的视频信号处理电路，通过前置放大、差分放大两级处理后再进行滤波；依次对线阵CCD探测器的两路输出信号OS、DOS先进行电流放大，再进行差分放大，在提高线阵CCD探测器带负载能力的同时抑制了共模引起的干扰，可降低干扰信号对图像信息的影响，方便后续模数转换器的采样，提高信号的采样精度，可进一步提高基于CCD精密光学检测系统的测量精度；
(2)本发明提供的线阵CCD探测器的信号处理电路的电路简单，器件选型冗余大；并且可兼容现有国内外线阵CCD探测器，可以应用于各种线阵CCD精密检测系统的后级信号处理。
附图说明
图1是本发明提供的线阵CCD探测器的信号处理电路的一个实施例的系统总体框图；
图2是实施例提供的信号处理电路的前置放大电路原理示意图；
图3是实施例提供的信号处理电路的差分放大电路原理示意图；
图4是实施例提供的信号处理电路的光强控制的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，本发明提供的线阵CCD探测器的信号处理电路的一个实施例的系统总体框图；具体包括依次连接的前置放大电路、差分放大电路、RC滤波电路，A/D模数转换器、光强调节电路和光源；
其中，光强调节电路包括DSP处理器、自动增益调节电路；DSP处理器还具有用于连接上位机连的RS422收发器接口；
前置放大电路的输入端用于连接线阵CCD探测器的输出端，光源的输出端用于连接线阵CCD探测器的输入端；
前置放大电路用于对线阵CCD探测器输出的视频模拟电压信号进行电流放大以提高其带负载的能力；
差分放大电路用于进行差分放大以抑制掉共模引起的干扰；
RC滤波电路用于将经过差分放大电路处理的信号中的高频成分滤掉；
光强调节电路用于对光强进行调节以通过光强的调节控制CCD输出模拟电压信号的幅值。
线阵CCD探测器接收光源发出的可见光信号，在一定频率的时钟脉冲驱动下，快速将光信号转换成微弱的视频模拟电压信号，该视频信号输出电流很小，不足以驱动后级的信号处理电路，需在CCD输出级加载一级电流放大电路，以提高其带负载的能力；对此，实施例中设计了前置放大电路，其放大器件采用低噪声的2SA1015PNP型晶体管，电流放大倍数的线性度较高，hfe＝80，输出信号的放大电路采用射极跟随方式，因为射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，能隔离前后电路的相互影响，起到缓冲作用，且具有较大的电流放大倍数。
参照图2，是实施例的前置放大电路原理示意图，包括2个2SA1015PNP型晶体管Q1、Q2；其中，晶体管Q1用于提高OS信号的驱动能力，晶体管Q2用于提高DOS信号驱动能力。
线阵CCD探测器的两路输出信号OS、DOS经过前置放大电路放大以后，输出到差分放大电路进行差分放大以抑制掉共模引起的干扰，得到有效差模信号，从而降低干扰信号对图像信息的影响。图3为实施例中的差分放大电路示意图，以AD8041AR为主要器件，AD8041AR为输出轨对轨高速运放，增益带宽积高达160MHz，压摆率高达160V/us，可确保视频信号不失真并快速建立，R4和R6为放大倍数匹配电阻，因AD8041AR为差分输入，同相输入端需接入与反相输入端同样的匹配电阻R1和R3，R2和R5用来吸收运放漏电流和提供泄流通道。
经过差分放大电路处理的信号还携带了包含光点信息的高频脉冲信号和一些干扰信号，采用一阶RC滤波电路将信号中的高频成分滤掉，RC滤波电路中的电容C选用几十PF瓷片电容。
线阵CCD探测器在接收的光信号微弱的情况下，输出视频信号电压幅值非常小，甚至可能被淹没在噪声之中；在光强较强情况下，线阵CCD探测器容易达到饱和状态，无法有效识别出目标位置信息；因此采用自动增益调节电路对光强进行调节以控制CCD输出模拟电压信号的幅值。实施例中对此采用的光强调节电路，以MOS管CS021S为核心，其具有几十ns快速通断，工作原理为经A/D采样后的数字信号送入DSP进行处理，DSP设置阈值电压，若视频信号电压小于阈值电压，DSP处理器产生控制信号，通过control信号控制MOS开关的通断，然后再次采集信号电压，直到满足阈值电压要求，从而达到光强的调节控制的目的。参照图4，是实施例中的光强控制的原理示意图，其中，MOS管栅极接control控制信号，漏极接光源的负极。通过光强的调节控制CCD输出模拟电压信号的幅值，经过A/D采样后直接送入DSP进行目标角度值解算，DSP得到的目标角度解算值通过RS422串口通讯发送给上位机。
本发明提供的线阵CCD光电探测器的信号处理电路应用到基于CCD的精密光学检测系统，提高系统测量精度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种线阵CCD探测器的信号处理电路，其特征在于，包括依次连接的前置放大电路、差分放大电路、滤波电路，模数转换器、光强调节电路和光源；
所述前置放大电路的输入端用于连接线阵CCD探测器的输出端，光源的输出端用于连接线阵CCD探测器的输入端；前置放大电路用于对线阵CCD探测器输出的信号进行电流放大以提高带负载的能力；
所述差分放大电路用于对前置放大电路的输出信号进行差分放大以抑制掉共模引起的干扰，得到有效差模信号；
所述滤波电路用于将差分放大电路输出的差模信号中的高频成分滤除；
所述光强调节电路用于对光源光强进行调节以控制线阵CCD探测器输出电压信号的幅值。
2.如权利要求1所述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其特征在于，所述光强调节电路包括DSP处理器和自动增益调节电路；
所述DSP处理器用于将模数转换器输出数字信号的电压值与预设阈值电压进行比较产生控制信号以控制自动增益调节电路的通断；
所述自动增益调节电路用于根据所述控制信号进行通断对光源的光强进行调节，以控制线阵CCD探测器输出电压信号的幅值。
3.如权利要求1或2所述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其特征在于，所述DSP处理器还具有用于连接上位机连的接口；用于将DSP处理器得到的目标角度解算值通发送到上位机。
4.如权利要求2或3所述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其特征在于，所述自动增益调节电路采用MOS管实现，所述MOS管具有纳秒级的通断速度。
5.如权利要求4所述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其特征在于，DSP处理器采用预设的阈值电压对模数转换器输出的电压幅值进行判定，并在所述电压幅值小于阈值电压幅值时产生控制信号控制MOS管的通断以再次采集光源信号电压，直到电压幅值满足阈值电压要求，达到光强调节的目的。
6.如权利要求1或2所述的线阵CCD探测器的信号处理电路，其特征在于，滤波电路采用一阶RC滤波电路，一阶RC滤波电路中的电容选用PF级电容。
CN201810312179.2A 2018-04-09 2018-04-09 一种线阵ccd探测器的信号处理电路 Pending CN108681270A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810312179.2A CN108681270A (zh) 2018-04-09 2018-04-09 一种线阵ccd探测器的信号处理电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810312179.2A CN108681270A (zh) 2018-04-09 2018-04-09 一种线阵ccd探测器的信号处理电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108681270A true CN108681270A (zh) 2018-10-19

Family

ID=63800856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810312179.2A Pending CN108681270A (zh) 2018-04-09 2018-04-09 一种线阵ccd探测器的信号处理电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108681270A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110455411A (zh) * 2019-09-16 2019-11-15 上海仪电物理光学仪器有限公司 一种微型光谱仪控制电路及控制方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1572231A (zh) * 2003-06-23 2005-02-02 奥林巴斯株式会社 得到适当的调光状态观察图像的内窥镜装置
CN201000326Y (zh) * 2007-01-10 2008-01-02 西安华科光电有限公司 激光线束测量仪
CN101354285A (zh) * 2008-09-19 2009-01-28 清华大学 一种驱动线阵探测器的装置
CN101827221A (zh) * 2010-03-23 2010-09-08 华南理工大学 Ccd光源强度自适应调节系统及其方法
CN202024736U (zh) * 2011-04-01 2011-11-02 武汉理工大学 基于fpga的快速边缘测量装置
CN203354514U (zh) * 2013-06-17 2013-12-25 江苏科凌医疗器械有限公司 一种内窥镜成像系统的微弱荧光信号采集装置
CN203399348U (zh) * 2013-06-20 2014-01-15 扬州洋生医药科技有限公司 一种led无影灯自动调光系统
CN104296877A (zh) * 2013-11-27 2015-01-21 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种红外探测器的信号处理电路
CN204334777U (zh) * 2014-11-26 2015-05-13 成都深思科技有限公司 线阵ccd图像传感器的数据采集电路
CN206181466U (zh) * 2016-11-23 2017-05-17 浙江海洋大学 高速光电门光强度自适应控制电路
CN107643123A (zh) * 2016-07-20 2018-01-30 张桂春 一种微型光谱仪的ccd检测系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1572231A (zh) * 2003-06-23 2005-02-02 奥林巴斯株式会社 得到适当的调光状态观察图像的内窥镜装置
CN201000326Y (zh) * 2007-01-10 2008-01-02 西安华科光电有限公司 激光线束测量仪
CN101354285A (zh) * 2008-09-19 2009-01-28 清华大学 一种驱动线阵探测器的装置
CN101827221A (zh) * 2010-03-23 2010-09-08 华南理工大学 Ccd光源强度自适应调节系统及其方法
CN202024736U (zh) * 2011-04-01 2011-11-02 武汉理工大学 基于fpga的快速边缘测量装置
CN203354514U (zh) * 2013-06-17 2013-12-25 江苏科凌医疗器械有限公司 一种内窥镜成像系统的微弱荧光信号采集装置
CN203399348U (zh) * 2013-06-20 2014-01-15 扬州洋生医药科技有限公司 一种led无影灯自动调光系统
CN104296877A (zh) * 2013-11-27 2015-01-21 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种红外探测器的信号处理电路
CN204334777U (zh) * 2014-11-26 2015-05-13 成都深思科技有限公司 线阵ccd图像传感器的数据采集电路
CN107643123A (zh) * 2016-07-20 2018-01-30 张桂春 一种微型光谱仪的ccd检测系统
CN206181466U (zh) * 2016-11-23 2017-05-17 浙江海洋大学 高速光电门光强度自适应控制电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
窦建华 等: "基于CPLD和DSP的线阵CCD数据采集系统设计", 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110455411A (zh) * 2019-09-16 2019-11-15 上海仪电物理光学仪器有限公司 一种微型光谱仪控制电路及控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10627959B2 (en) Differential circuit, capacitance detection circuit, touch detection device and terminal device
US9961291B2 (en) Pixel acquisition circuit, image sensor and image acquisition system
US10949041B2 (en) Capacitance detection circuit, capacitance detection method, touch detection apparatus, and terminal device
CN108362377B (zh) 一种低频低噪声平衡零拍探测器
US5793230A (en) Sensor readout detector circuit
JP2017026615A (ja) ガイガーモードのアバランシェフォトダイオードを有する受光器及び読み出し方法
CN109375194A (zh) 用于激光雷达的模拟前端读出电路
CN102291544B (zh) 一种增益自动可调放大器读出电路
CN109711391B (zh) 一种图像采集电路、采集方法及终端设备
CN102131059A (zh) 面向实时视觉芯片的高速行并行图像传感器
CN103767712B (zh) 一种抗环境光干扰的血氧测量装置及其方法
CN105306845A (zh) 一种可消除失调的相关双采样电路
CN109540290A (zh) 一种四采样低噪声cmos探测器读出电路
CN110411483A (zh) 新型大尺寸传感阵列的读出电路及其传感器阵列
CN102338664A (zh) 一种目标辐射测量背景实时扣除的方法
CN108681270A (zh) 一种线阵ccd探测器的信号处理电路
CN113852420A (zh) 一种自适应滤波的光功率检测电路及方法
CN218673908U (zh) 一种平衡光电探测器
CN116026215A (zh) 基于石墨烯-锗基位置敏感探测器的光斑位置检测系统
CN105974395A (zh) 一种基于cmos工艺的高速窄脉冲电流放大器
CN103940707A (zh) 一种不溶性颗粒计数方法及装置
CN204206117U (zh) 一种快速检测仪的生物电信号放大电路
CN106066397A (zh) 一种适用于电流输出型光电倍增管的补偿系统、方法及免疫分析仪
CN113064524B (zh) 一种触控检测系统及其方法和一种显示模组
CN103383283A (zh) 一种测量微弱光信号的便携式检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181019