CN110887793A - 调制波驱动型精密光电检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种调制波驱动型精密光电检测器，包括LED光源、比色皿、硅光电池、跨阻放大器、隔直电容、同步整流器、模拟/数字转换器和单片机，该LED光源发出的光线透过该比色皿后在该硅光电池上产生交变电流，该跨阻放大器接收交变电流并将其放大，该隔离电容接收放大后的交变电流，并滤除直流信号，该数字整流器接收滤除直流信号后的交变电流并整流出直流信号，该模拟/数字转换器接收直流信号并将其转换成数字信号，该单片机将数字信号进行数据处理，得到该比色皿内样品对不同波长光的吸收对应的电流值，根据比尔定律，计算出水中含油量及机杂含量。该调制波驱动型精密光电检测器解决了油田检测现场条件不足带来的环境光线的影响问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电检测器技术领域，特别是涉及到一种调制波驱动型精密光电检测器。
背景技术
目前，油田水质检测普遍采用分光光度计来进行检测，分光光度计检测原理是：由光源发出的光，被分为能量均等对称的两束，一束为样品光通过样品，另一束为参考光作为基准。这两束光通过样品室进入光度计后，然后两束光合为一束，并交替通过入射狭缝进入单色器中，经离轴抛物镜将光束平行地投射在光栅上，色散并通过出射狭缝之后，被滤光片滤除高级次光谱，再经椭球镜聚焦在探测器的接收面上。探测器将上述信号转换为相应的电信号，经放大器进行电压放大后，转入A/D转换单位，计算机处理后得到从高波数到低波数的红外吸收光谱图。
此种检测方法特别适宜在实验室环境中进行，测试过程中，光电器件需要在无环境光区域工作，在油田现场测试过程中，由于现场条件所限，容易受环境杂散光影响测试数据。为此我们发明了一种新的调制波驱动型精密光电检测器，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决了油田检测现场条件不足带来的环境光线的影响问题的调制波驱动型精密光电检测器。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：调制波驱动型精密光电检测器，该调制波驱动型精密光电检测器包括LED光源、比色皿、硅光电池、跨阻放大器、隔直电容、同步整流器、模拟/数字转换器和单片机，该LED光源发出的光线透过该比色皿后在该硅光电池上产生交变电流，该跨阻放大器连接于该硅光电池，接收交变电流并将其放大，该隔离电容连接于该跨阻放大器，接收放大后的交变电流，并滤除直流信号，该数字整流器连接于该隔离电容，接收滤除直流信号后的交变电流并整流出直流信号，该模拟/数字转换器连接于该数字整流器，接收直流信号并将其转换成数字信号，该单片机连接于该模拟/数字转换器，将数字信号进行数据处理，得到该比色皿内样品对不同波长光的吸收对应的电流值，根据比尔定律，计算出水中含油量及机杂含量。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
该调制波驱动型精密光电检测器还包括同步信号发生器和电流放大器，该同步信号发生器连接于该单片机，接收该单片机传输过来的方波信号，将方波信号进行处理后输出同相/反相信号，以控制该电流放大器的工作，该电流放大器连接在该同步信号发生器和该LED光源之间，接收该同步信号发生器产生的同相/反相信号，并将其放大后驱动该LED光源，使得该LED光源发光。
该数字整流器连接于该同步信号发生器，并由该同步信号发生器输出的同相/反相信号驱动。
该同步信号发生器采用芯片dsPIC30f4011，接收该单片机传输过来的方波信号，通过异或门74HC86后输出同相/反相信号，信号之间相位差180°。
该单片机传输过来的方波信号为4999Hz占空比50.00％的方波信号。
该调制波驱动型精密光电检测器还包括人机界面，该人机界面连接于该单片机，将该单片机传输过来的数据进行显示和存储。
该调制波驱动型精密光电检测器还包括通讯接口，该通讯接口连接于该单片机，为该单片机与上位机的连接接口。
本发明中的调制波驱动型精密光电检测器，采用的是光电发射管用调制波进行调制驱动，光电发射管工作在交流状态，光电接收器接收的光也为同频同相交流，经过电容器后进行再放大，后通过与调制波同频-同相的同步整流器还原成直流信号，最后进入A/D转换器进行数字转换，整个放大过程中，只有在第一级存在环境光影响，且仅影响到放大器的动态范围，环境光偏移值被电容器滤除，可忽略环境光影响。
附图说明
图1为本发明的调制波驱动型精密光电检测器的一具体实施例的结构图；
图2为本发明的一具体实施例中同步信号发生器的电路图；
图3为本发明的一具体实施例中电流放大器驱动LED光源的电路图；
图4为本发明的一具体实施例中跨阻放大器放大及隔直电容的电路图；
图5为本发明的一具体实施例中同步整流器的电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的调制波驱动型精密光电检测器的结构图。该调制波驱动型精密光电检测器由同步信号发生器1、电流放大器2、LED光源3、比色皿4、硅光电池5、跨阻放大器6、隔直电容7、同步整流器8、模拟/数字转换器9、单片机10、人机界面11和通讯接口12组成。
电流放大器2连接在该同步信号发生器1和该LED光源3之间，该同步信号发生器1产生的调制波进入电流放大器2放大后驱动LED光源3，使得LED光源3发光。电流放大器2能精确控制LED光源3电流大小和暗电流大小，使LED光源3运行保持稳定。在一实施例中，如图3所示，A_adj、B_adj用来分别调整LED流过取样电阻的电流，由模拟多路开关AD633进行数字切换，切换后电压值送至运算放大器AD8618，控制三极管2SC1008进行电流放大。
同步信号发生器1连接于单片机10，如图2所示，同步信号发生器采用芯片dsPIC30f4011，接收单片机10传输过来4999Hz占空比50.00％的方波信号，通过异或门74HC86后可输出同相/反相信号，信号之间相位差180°，输出信号用于控制电流放大器2及同步整流器8同步工作。
LED光源3发出的光线透过比色皿4后在硅光电池5上产生交变电流。
跨阻放大器6连接于硅光电池5，接收交变电流并将其放大。
隔离电容7连接于该跨阻放大器6，接收放大后的交变电流，并滤除直流信号。如图4所示，D1为硅光电池5，U1A组成跨阻放大器6，放大接收到的微弱电流，经C4隔直电容隔直后，由U1B进行阻抗变换，消除后级对前级工作状态的影响。
数字整流器8连接于该隔离电容7，接收滤除直流信号后的交变电流并整流出直流信号。数字整流器8还连接于该同步信号发生器1，并由该同步信号发生器1驱动。在一实施例中，如图5所示，通过控制模拟开关U6，使放大器U9在同相/反相放大状态中同步转换，放大倍数不发生改变，由于驱动模拟开关信号与LED驱动同频同相，实现同步整流功能。
模拟/数字转换器9连接于该数字整流器8，接收直流信号并将其转换成数字信号。
单片机10连接于模拟/数字转换器9，将数字信号进行数据处理，将数字信号进行数据处理，得到该比色皿内样品对不同波长光的吸收对应的电流值，根据比尔定律，计算出水中含油量及机杂含量。在一实施例中，单片机10采用区间集合排序方式，数据包内数据按值区间划入不同集合，CPU根据集合内数据数量多少决定采用哪个集合体数据，再将此集合体数据进行平滑滤波得到所需结果。
人机界面11连接于单片机10，将单片机10传输过来的数据进行显示和存储。
通讯接口12连接于单片机10，为单片机10与上位机的连接接口。
本发明的调制波驱动型精密光电检测器，单片机10发出测试命令，同步信号发生器1开始工作，一路信号通过电流放大器2将电流放大后驱动LED光源3，另一路信号驱动数字整流器8，数字整流器8前级是硅光电池5+跨阻放大器6，信号放大后经隔直电容7滤除直流偏移量信号，引起直流偏移的主要是环境杂散光。数字整流器8输出信号送至模拟/数字转换器9进行数字化，通过单片机10查表运算，推算出所需的数值，人机界面11显示当前值及存储数据，通讯接口12为RS485接口完成与上位机进行通讯。
水中含油及悬浮物检测均由以上单独电路模块组成，跨阻放大器6放大倍数不相同。
本发明采用的是光电发射管用调制波进行调制驱动，光电发射管工作在交流状态，光电接收器接收的光也为同频-同相交流，经过电容器隔直后进行再放大，放大后通过与调制波同频-同相的同步整流器还原成直流信号，最后进入模拟/数字转换器进行数字转换，整个信号放大过程中，只有在第一级存在环境光影响，且仅影响到放大器的动态工作范围，环境光偏移值被电容器滤除，因此，可忽略环境光影响。
Claims (7)
1.调制波驱动型精密光电检测器，其特征在于，该调制波驱动型精密光电检测器包括LED光源、比色皿、硅光电池、跨阻放大器、隔直电容、同步整流器、模拟/数字转换器和单片机，该LED光源发出的光线透过该比色皿后在该硅光电池上产生交变电流，该跨阻放大器连接于该硅光电池，接收交变电流并将其放大，该隔离电容连接于该跨阻放大器，接收放大后的交变电流，并滤除直流信号，该数字整流器连接于该隔离电容，接收滤除直流信号后的交变电流并整流出直流信号，该模拟/数字转换器连接于该数字整流器，接收直流信号并将其转换成数字信号，该单片机连接于该模拟/数字转换器，将数字信号进行数据处理，得到该比色皿内样品对不同波长光的吸收对应的电流值，根据比尔定律，计算出水中含油量及机杂含量。
2.根据权利要求1所述的调制波驱动型精密光电检测器，其特征在于，该调制波驱动型精密光电检测器还包括同步信号发生器和电流放大器，该同步信号发生器连接于该单片机，接收该单片机传输过来的方波信号，将方波信号进行处理后输出同相/反相信号，以控制该电流放大器的工作，该电流放大器连接在该同步信号发生器和该LED光源之间，接收该同步信号发生器产生的同相/反相信号，并将其放大后驱动该LED光源，使得该LED光源发光。
3.根据权利要求2所述的调制波驱动型精密光电检测器，其特征在于，该数字整流器连接于该同步信号发生器，并由该同步信号发生器输出的同相/反相信号驱动。
4.根据权利要求2所述的调制波驱动型精密光电检测器，其特征在于，该同步信号发生器采用芯片dsPIC30f4011，接收该单片机传输过来的方波信号，通过异或门74HC86后输出同相/反相信号，信号之间相位差180°。
5.根据权利要求2所述的调制波驱动型精密光电检测器，其特征在于，该单片机传输过来的方波信号为4999Hz占空比50.00%的方波信号。
6.根据权利要求1所述的调制波驱动型精密光电检测器，其特征在于，该调制波驱动型精密光电检测器还包括人机界面，该人机界面连接于该单片机，将该单片机传输过来的数据进行显示和存储。
7.根据权利要求1所述的调制波驱动型精密光电检测器，其特征在于，该调制波驱动型精密光电检测器还包括通讯接口，该通讯接口连接于该单片机，为该单片机与上位机的连接接口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| 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 |
Application publication date: 20200317 |