CN111121626A - 信号检测电路、位置敏感检测器以及位置检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种信号检测电路、位置敏感检测器以及位置检测系统；所述信号检测电路包括信号转换电路，信号转换电路用于接收位置敏感传感器的交流电流信号，并将交流电流信号转换成交流电压信号；信号放大滤波电路，信号放大滤波电路用于接收交流电压信号，并对交流电压信号进行放大滤波处理；真有效值转换电路，真有效值转换电路用于接收放大滤波后的交流电压信号，对放大滤波后的交流电压信号进行真有效值转换，得到直流电流信号；以及信号处理电路，信号处理电路用于接收直流电流信号，并处理直流电流信号得到光斑重心位置，从而实现将位置敏感传感器输出的交流电流信号进行适当的信号放大以及充分的信号过滤，提高测试光斑重心位置的精确度。

Description

信号检测电路、位置敏感检测器以及位置检测系统

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种信号检测电路、位置敏感检测器以及位置检测系统。

背景技术

位置敏感检测器(Position Sensitive Detectors、PSD)是一种可以对照射在其感光面上的光斑重心位置进行连续测量的传感器。当入射光斑落在感光面的不同位置时，位置敏感检测器将输出对应的电流信号，通过对此输出电流信号的处理，即可确定入射光斑的重心在位置敏感检测器上的位置，但是，由于位置敏感检测器能够感应的光波长范围通常在320纳米至1100纳米，因此在实际使用中会有环境中的干扰光(如太阳光、日光灯、照明灯等)照射到位置敏感检测器上，并产生噪声电流，因此，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统位置敏感检测器测量精度不高。

发明内容

基于此，有必要针对传统位置敏感检测器测量精度不高的问题，提供一种信号检测电路、位置敏感检测器以及位置检测系统。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种信号检测电路，包括：

信号转换电路，信号转换电路用于接收位置敏感传感器的交流电流信号，并将交流电流信号转换成交流电压信号；

信号放大滤波电路，信号放大滤波电路用于接收交流电压信号，并对交流电压信号进行放大滤波处理；

真有效值转换电路，真有效值转换电路用于接收放大滤波后的交流电压信号，并对放大滤波后的交流电压信号进行真有效值转换，得到直流电流信号；以及

信号处理电路，信号处理电路用于接收直流电流信号，并处理直流电流信号得到光斑重心位置。

在其中一个实施例中，信号转换电路包括第一信号转换电路和第二信号转换电路；信号放大滤波电路包括第一信号放大滤波电路和第二信号放大滤波电路；真有效值转换电路包括第一真有效值转换电路和第二真有效值转换电路；

第一信号转换电路、第一信号放大滤波电路和第一真有效值转换电路依次连接；第一信号转换电路用于连接位置敏感传感器的第一信号输出端；第一真有效值转换电路连接信号处理电路的第一信号输入端；

第二信号转换电路、第二信号放大滤波电路和第二真有效值转换电路依次连接；第二信号转换电路用于连接位置敏感传感器的第二信号输出端；第二真有效值转换电路连接信号处理电路的第二信号输入端。

在其中一个实施例中，第一信号放大滤波电路包括依次连接的第一一级放大单元、第一高通滤波单元、第一二级放大单元、第一带通滤波单元和第一三级放大单元；第一三级放大单元连接第一真有效值转换电路；

第二信号放大滤波电路包括依次连接的第二一级放大单元、第二高通滤波单元、第二二级放大单元、第二带通滤波单元和第二三级放大单元；第二三级放大单元连接第二真有效值转换电路。

在其中一个实施例中，第一一级放大单元的放大倍数小于第一二级放大单元的放大倍数；第一一级放大单元的放大倍数大于第一三级放大单元的放大倍数；

第二一级放大单元的放大倍数小于第二二级放大单元的放大倍数；第二一级放大单元的放大倍数大于第二三级放大单元的放大倍数。

在其中一个实施例中，信号处理电路包括数模转换单元和微控制器单元；

数模转换单元连接在真有效值转换电路与微控制器单元之间。

在其中一个实施例中，还包括信号触发电路；

信号触发电路连接在信号放大滤波电路与信号处理电路之间。

在其中一个实施例中，信号触发电路包括依次连接的隔离缓冲单元、限幅单元和比较单元；

隔离缓冲单元连接信号放大滤波电路；比较单元连接信号处理电路。

另一方面，还提供了一种位置敏感检测器，包括位置敏感传感器以及上述信号检测电路；

信号检测电路中的信号转换电路连接位置敏感传感器的信号输出端。

又一方面，还提供了一种位置检测系统，包括激光光源以及上述位置敏感检测器；

激光光源用于向位置敏感检测器中的位置敏感传感器的感光面发射激光。

在其中一个实施例中，激光光源为TTL方波调制激光光源。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请各实施例提供的信号检测电路包括信号转换电路、信号放大滤波电路、真有效值转换电路和信号处理电路，其中，信号转换电路接收位置敏感传感器的交流电流信号，并将交流电流信号转换成交流电压信号后传输给信号放大滤波电路，信号放大滤波电路对交流电压信号进行放大滤波处理后传输给真效值转换电路，真有效值转换电路对放大滤波后的交流电压信号进行真有效值转换，得到直流电流信号，并将直流电流信号传输给信号处理电路，信号处理电路处理直流电流信号得到光斑重心位置，从而实现将位置敏感传感器输出的交流电流信号进行适当的信号放大以及充分的信号过滤，使得信号处理电路得到优质的信号，进而提高测试光斑重心位置的精确度。

附图说明

图1为一个实施例中信号检测电路的结构示意图；

图2为另一个实施例中信号检测电路的结构示意图；

图3为一个实施例中信号放大滤波电路的结构示意图；

图4为一个实施例中信号处理电路的结构示意图；

图5为又一个实施例中信号检测电路的结构示意图；

图6为一个实施例中信号触发电路的连接结构示意图；

图7为另一个实施例中信号触发电路的连接结构示意图；

图8为一个实施例中信号触发电路的结构示意图；

图9为一个实施例中位置敏感检测器的结构示意图；

图10为一个实施例中位置检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了解决传统位置敏感检测器测量精度不高的问题，在一个示例中，如图1所示，提供了一种信号检测电路，包括：

信号转换电路11，信号转换电路11用于接收位置敏感传感器19的交流电流信号，并将交流电流信号转换成交流电压信号；

信号放大滤波电路13，信号放大滤波电路13用于接收交流电压信号，并对交流电压信号进行放大滤波处理；

真有效值转换电路15，真有效值转换电路15用于接收放大滤波后的交流电压信号，并对放大滤波后的交流电压信号进行真有效值转换，得到直流电流信号；以及

信号处理电路17，信号处理电路17用于接收直流电流信号，并处理直流电流信号得到光斑重心位置。

需要说明的是，信号转换电路直接连接位置敏感传感器，采集位置敏感传感器因在激光照射下产生的交流电流信号，并将交流电流信号转换成交流电压信号。位置敏感传感器输出两路交流电流信号，为了分别采集该两路交流电流信号，在一个示例中，如图2所示，信号转换电路11包括第一信号转换电路111和第二信号转换电路113，第一信号转换电路111采集位置敏感传感器19输出的一路交流电流信号，并转换成交流电压信号，第二信号转换电路113采集位置敏感传感器19输出的另一路交流电流信号，并转换成交流电压信号。

信号放大滤波电路接收信号转换电路传输的交流电压信号，并对交流电压信号进行信号放大处理和信号滤波处理，得到干净且足够强的交流电压信号。对应于第一信号转换电路和第二信号转换电路，在一个示例中，如图2所示，信号放大滤波电路13包括第一信号放大滤波电路131和第二信号放大滤波电路133，第一信号放大滤波电路131连接第一信号转换电路111，并对第一信号转换电路111输出的交流电压信号进行放大滤波处理，第二信号放大滤波电路133连接第二信号转换电路113，并对第二信号转换电路113输出的交流电压信号进行放大滤波处理。

为了能够充分剔除杂质信号，并得到足够强的信号，在一个示例中，如图3所示，第一信号放大滤波电路131包括依次连接的第一一级放大单元1311、第一高通滤波单元1313、第一二级放大单元1315、第一带通滤波单元1317和第一三级放大单元1319；第一三级放大单元1319连接第一真有效值转换电路151；

第二信号放大滤波电路133包括依次连接的第二一级放大单元1331、第二高通滤波单元1333、第二二级放大单元1335、第二带通滤波单元1337和第二三级放大单元1339；第二三级放大单元1339连接第二真有效值转换电路153。

由于第一信号放大滤波电路和第二信号放大滤波电路的结构相同，其对交流电压信号的处理过程也相同，具体过程为：信号转换电路输出的交流电压信号经过一级放大单元放大，得到一级放大后的交流电压信号，高通滤波器对一级放大后的交流电压信号进行滤波，滤除低频干扰电压信号，保留激光电压信号，二级放大单元对激光电压信号进行二级放大得到二级放大后的交流电压信号，因为信号调理的电路级数太多会引入器件的热噪声等电路噪声，尤其是在二级放大单元的放大倍数较大时，会把电路噪声也放大，所以要对二级放大后的交流电压信号再进行一次带通滤波，以得到稳定的激光电压信号，经过带通滤波之后，三级放大单元对稳定的激光电压信号进行三级放大得到最终因激光而激发的交流电压信号。

对位置敏感传感器输出的交流电流信号进行两级滤波与三级放大，在滤波前后均对信号进行放大，使信号检测电路能够检测到更微弱的电流变化，从而提高位置测量精度。

为了达到良好的放大效果，需要对一级放大单元、二级放大单元和三级放大单元的放大倍数进行合理匹配布置，在一个示例中，第一一级放大单元的放大倍数小于第一二级放大单元的放大倍数；第一一级放大单元的放大倍数大于第一三级放大单元的放大倍数；第二一级放大单元的放大倍数小于第二二级放大单元的放大倍数；第二一级放大单元的放大倍数大于第二三级放大单元的放大倍数。从而对交流电压信号进行合理地放大。

真有效值转换电路用于对放大滤波后的交流电压信号进行真有效值转换，得到与有效值对应的直流电流信号。对应于第一信号放大滤波电路和第二信号放大滤波电路，在一个示例中，如图2所示，真有效值转换电路15包括第一真有效值转换电路151和第二真有效值转换电路153，第一真有效值转换电路151连接第一信号放大滤波电路131，对第一信号放大滤波电路131输出的交流电压信号进行真有效值转换，第二真有效值转换电路153连接第二信号放大滤波电路133，对第二信号放大滤波电路133输出的交流电压信号进行真有效值转换。

对放大滤波后的交流电压信号进行真有效值转换，对于交流电压信号为非正弦波也可以达到很高的测量准确度，进而得到更高的位置测量精度。

信号处理电路连接真有效值转换电路，对真有效值转换电路输出的直流电流信号进行处理，得到光斑重心位置。对应于第一真有效值转换电路和第二真有效值转换电路，信号处理电路包括至少两个信号输出端，一个信号输出端连接第一真有效值转换电路，另一个信号输出端连接第二真有效值转换电路。信号处理电路基于以下公式得到光斑重心位置：

其中，I₁为第一真有效值转换电路输出的直流电流信号；I₂为第二真有效值转换电路输出的直流电流信号；L_x为位置敏感传感器的感光面长度；x为光斑重心位置。

为了能够高效地处理信号，提供一种信号处理电路，在一个示例中，如图4所示，信号处理电路包括数模转换单元和微控制器单元；数模转换单元连接在真有效值转换电路与微控制器单元之间。需要说明的是，数模转换单元用于将模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输给微控制器单元。

为了信号提高效率，降低功耗，在一个实施例中，如图5所示，信号检测电路还包括信号触发电路21；信号触发电路21连接在信号放大滤波电路13与信号处理电路17之间。信号触发电路用于检测指定频率电压信号(该指定频率电压信号与用于激发位置敏感传感器产生交流电流信号的频率相同)，在检测到指定频率电压信号时，则控制信号处理电路启动，并采集真有效值转换电路输出的直流电流信号；在没检测到指定频率电压信号时，则不启动信号处理电路，从而通过仅在检测信号放大滤波电路内检测到指定频率电压信号的情况下，信号处理电路才进行采集与计算，提高效率，降低功耗。

当信号放大滤波电路包括第一信号放大滤波电路和第二信号放大滤波电路，信号处理电路包括数模转换单元和微控制器单元时，如图6所示，信号触发电路21的一端可连接第一信号放大滤波电路131或者第二信号放大滤波电路133，信号触发电路的另一端连接微控制器单元173。

当第一信号放大滤波电路包括依次连接的第一一级放大单元、第一高通滤波单元、第一二级放大单元、第一带通滤波单元和第一三级放大单元，第二信号放大滤波电路包括依次连接的第二一级放大单元、第二高通滤波单元、第二二级放大单元、第二带通滤波单元和第二三级放大单元，信号处理电路包括数模转换单元和微控制器单元时，如图7所示，信号触发电路21的一端可连接在第一带通滤波1317与第一三级放大单元1319之间，或者连接在第二带通滤波1337与第二三级放大单元1339之间，信号触发电路21的另一端连接微控制器单元173。

为了达到很好的信号检测效果，提供一种信号触发电路，在一个示例中，如图8所示，信号触发电路21包括依次连接的隔离缓冲单元211、限幅单元213和比较单元215；隔离缓冲单元211连接信号放大滤波电路13；比较单元215连接信号处理电路17。

需要说明的是，由于微控制器单元不能接收双极性信号，通过信号触发电路的隔离缓冲单元进行上下级电路隔离，通过限幅单元防止信号电压过大，保护后级电路，通过比较单元将双极性方波信号转换为一个频率相同的单极性方波信号，作为触发信号，使得微控制器单元可识别。微控制器单元在检测到该触发信号时，检测触发信号的频率是否与激光频率一致，确保有指定频率电压信号的情况下才开启采样与计算。

当信号放大滤波电路包括第一信号放大滤波电路和第二信号放大滤波电路，信号处理电路包括数模转换单元和微控制器单元时，隔离缓冲单元的一端可连接第一信号放大滤波电路或者第二信号放大滤波电路，隔离缓冲单元的另一端连接微控制器单元。

当第一信号放大滤波电路包括依次连接的第一一级放大单元、第一高通滤波单元、第一二级放大单元、第一带通滤波单元和第一三级放大单元，第二信号放大滤波电路包括依次连接的第二一级放大单元、第二高通滤波单元、第二二级放大单元、第二带通滤波单元和第二三级放大单元，信号处理电路包括数模转换单元和微控制器单元时，隔离缓冲单元的一端可连接在第一带通滤波与第一三级放大单元之间，或者连接在第二带通滤波与第二三级放大单元之间，隔离缓冲单元的另一端连接微控制器单元。

本申请信号检测电路额各实施例包括信号转换电路、信号放大滤波电路、真有效值转换电路和信号处理电路，其中，信号转换电路接收位置敏感传感器的交流电流信号，并将交流电流信号转换成交流电压信号后传输给信号放大滤波电路，信号放大滤波电路对交流电压信号进行放大滤波处理后传输给真效值转换电路，真有效值转换电路对放大滤波后的交流电压信号进行真有效值转换，得到直流电流信号，并将直流电流信号传输给信号处理电路，信号处理电路处理直流电流信号得到光斑重心位置，从而实现将位置敏感传感器输出的交流电流信号进行适当的信号放大以及充分的信号过滤，使得信号处理电路得到优质的信号，进而提高测试光斑重心位置的精确度。

在一个实施例中，如图9所示，还提供了一种位置敏感检测器，包括位置敏感传感器19以及本申请信号检测电路各实施例中所述的信号检测电路10；

信号检测电路10中的信号转换电路11连接位置敏感传感器19的信号输出端。

需要说明的是，本实施例中的信号检测电路与本申请信号检测电路各实施例中所述的信号检测电路相同，具体描述请参照本申请信号检测电路各实施例记载的内容，此处不再赘述。

位置敏感传感器在当入射光斑落在其感光面的不同位置时，输出对应的交流电流信号。

本申请位置敏感检测器的各实施例中，能够剔除因杂质关而产生的信号，并对信号合理地放大和过滤，从而提高位置测量的精度。

在一个实施例中，如图10所示，还提供了一种位置检测系统，包括激光光源23以及本申请位置敏感检测器各实施例中所述的位置敏感检测器100；

激光光源23用于向位置敏感检测器100中的位置敏感传感器19的感光面发射激光。

需要说明的是，本实施例中的位置敏感检测器与本申请信号检测电路各实施例中所述的位置敏感检测器相同，具体描述请参照本申请位置敏感检测器各实施例记载的内容，此处不再赘述。

激光光源用于发生激光信号，在一个示例中，激光光源为TTL方波调制激光光源。使用通用的TTL方波调制激光作为光源，无需定制，降低成本。

本申请位置检测系统的各实施例中，位置测量精度高，效率快，制造成本低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种信号检测电路，其特征在于，包括：

信号转换电路，所述信号转换电路用于接收位置敏感传感器的交流电流信号，并将所述交流电流信号转换成交流电压信号；

信号放大滤波电路，所述信号放大滤波电路用于接收所述交流电压信号，并对所述交流电压信号进行放大滤波处理；

真有效值转换电路，所述真有效值转换电路用于接收放大滤波后的所述交流电压信号，并对放大滤波后的所述交流电压信号进行真有效值转换，得到直流电流信号；以及

信号处理电路，所述信号处理电路用于接收所述直流电流信号，并处理所述直流电流信号得到光斑重心位置。

2.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述信号转换电路包括第一信号转换电路和第二信号转换电路；所述信号放大滤波电路包括第一信号放大滤波电路和第二信号放大滤波电路；所述真有效值转换电路包括第一真有效值转换电路和第二真有效值转换电路；

所述第一信号转换电路、所述第一信号放大滤波电路和所述第一真有效值转换电路依次连接；所述第一信号转换电路用于连接所述位置敏感传感器的第一信号输出端；所述第一真有效值转换电路连接所述信号处理电路的第一信号输入端；

所述第二信号转换电路、所述第二信号放大滤波电路和所述第二真有效值转换电路依次连接；所述第二信号转换电路用于连接所述位置敏感传感器的第二信号输出端；所述第二真有效值转换电路连接所述信号处理电路的第二信号输入端。

3.根据权利要求2所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一信号放大滤波电路包括依次连接的第一一级放大单元、第一高通滤波单元、第一二级放大单元、第一带通滤波单元和第一三级放大单元；所述第一三级放大单元连接所述第一真有效值转换电路；

所述第二信号放大滤波电路包括依次连接的第二一级放大单元、第二高通滤波单元、第二二级放大单元、第二带通滤波单元和第二三级放大单元；所述第二三级放大单元连接所述第二真有效值转换电路。

4.根据权利要求3所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一一级放大单元的放大倍数小于所述第一二级放大单元的放大倍数；所述第一一级放大单元的放大倍数大于所述第一三级放大单元的放大倍数；

所述第二一级放大单元的放大倍数小于所述第二二级放大单元的放大倍数；所述第二一级放大单元的放大倍数大于所述第二三级放大单元的放大倍数。

5.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述信号处理电路包括数模转换单元和微控制器单元；

所述数模转换单元连接在所述真有效值转换电路与所述微控制器单元之间。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的信号检测电路，其特征在于，还包括信号触发电路；

所述信号触发电路连接在所述信号放大滤波电路与所述信号处理电路之间。

7.根据权利要求6所述的信号检测电路，其特征在于，所述信号触发电路包括依次连接的隔离缓冲单元、限幅单元和比较单元；

所述隔离缓冲单元连接所述信号放大滤波电路；所述比较单元连接所述信号处理电路。

8.一种位置敏感检测器，其特征在于，包括位置敏感传感器以及权利要求1至7中任意一项所述的信号检测电路；

所述信号检测电路中的信号转换电路连接所述位置敏感传感器的信号输出端。

9.一种位置检测系统，其特征在于，包括激光光源以及权利要求8所述的位置敏感检测器；

所述激光光源用于向所述位置敏感检测器中的位置敏感传感器的感光面发射激光。

10.根据权利要求9所述的位置检测系统，其特征在于，所述激光光源为TTL方波调制激光光源。

Images