CN114413769A - 一种四象限探测模块及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种四象限探测模块及其应用方法。四象限探测模块包括四象限探测器、可调RLC网络、直流信号放大模块、交流信号放大模块和信号调理电路。四象限探测器将光信号转换为电流信号；可调RLC网络将电流信号的直流分量和交流分量分离，并且利用可微调电阻网络实现对探测器结电容的微调，利用感抗抑制信号频率处的电压噪声增益；交流信号放大模块将电流交流分量转换成电压信号，其中的可微调反馈电阻网络实现对信号增益的微调。本发明通过可微调电阻网络提升了四象限探测模块象限间响应一致性，从而优化共模抑制比；利用电感的响应特性，大幅优化信号频率附近的噪声性能，具有高共模抑制比、高增益兼具低噪声的优点，适用于微弱信号探测领域。

Description

一种四象限探测模块及其应用方法

技术领域

本发明涉及光电探测领域，尤其涉及一种四象限探测模块及其应用方法。

背景技术

四象限探测器是由四个完全相同的光电探测器按照四个象限排列而成。通常照射到四象限探测器光敏面的激光束用圆形光斑且能量分布均匀，当光束照射到四象限探测器表面时，若光束中心位于四象限探测器中心，各象限接收到的光功率相同，输出相等的光电流；若光束中心偏离四象限探测器中心，四个象限上由于光斑面积不同，接收到的光能量也会发生变化，从而产生不同强度的光电流，所以光电流的变化可以解算出光斑中心相对于探测器中心的位移变化。四象限探测模块作为一种位置敏感器件，常被用于目标位移测量和跟踪等激光测量领域中，如激光准直、激光制导、量子精密测量等。这些应用往往对位移测量精度和灵敏度要求较高。

随着激光实验的发展，激光器的相对强度噪声、散粒噪声已经成为激光测量的主要制约因素，而激光器的相对强度噪声对四象限探测模块来说是一种共模噪声，所以提高探测模块的共模抑制比，可以大幅抑制激光本身的噪声影响。在使用四象限探测模块时，一个很重要的指标就是要求四象限探测模块各象限的响应一致性要好，包括光响应和电响应。光响应一致性主要由四象限探测器各象限的响应灵敏度、结电容等参数决定，电响应一致性主要由各象限信号放大电路的增益决定，这些参数将直接影响四象限探测模块的共模抑制比，从而影响位移测量精度和灵敏度。

现实世界中，四象限探测器各象限的参数并不可能完全一致，且电路中的电阻值等也存在一定误差，所以需要采取一种有效的方法来补偿四象限探测器象限间参数的差异以及硬件电路响应的误差。现有的四象限探测模块，如图2，一般使用固定电阻电容的RC网络实现隔直，跨阻放大电路的反馈电阻也不能精细调节，没有补偿四象限探测器象限间参数的差异和硬件电路响应的差异，导致四象限探测模块的共模抑制比受到限制。

并且在多数动态测量及闭环系统的应用领域中，往往需要从大的直流分量中提取光电流微弱、快速的变化量，从而获得位移变化信息，比如基于光动量效应的极弱力测量领域，四象限探测模块需要在大功率捕获光中探测微粒运动引起的微弱散射光场，从而获得微粒的位移信息。在这些应用场合，光电流中的直流分量比交流分量大几个数量级，且只有交流分量中包含位移变化信息。受光电流大直流分量和四象限探测器最大反偏电压限制，隔直电阻的直流等效阻抗不能太大，但是从噪声模型分析可知，隔直电阻越小，四象限探测模块的输入电压噪声增益越大，所以隔直电阻过小，会劣化探测模块的噪声性能。现有四象限探测模块一般使用固定RC网络隔直，其隔直电阻不随频率变化，因此极大地制约了探测模块的噪声性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种四象限探测模块及其应用方法，能够补偿四象限探测器象限间参数的差异和硬件电路响应的差异，提高四象限响应一致性，从而提升四象限探测模块的共模抑制比，并且，进一步提升四象限探测模块的信噪比。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种四象限探测模块，包括四象限探测器、可调RLC（Resistor, inductor andcapacitor ，电阻、电感和电容）网络、直流信号放大模块、交流信号放大模块和信号调理电路；

所述四象限探测器用于将激光信号转换为电流信号；

所述可调RLC网络连接所述四象限探测器的输出端，用于将电流信号中的直流分量和交流分量分离，实现对所述四象限探测器的结电容的微调，利用感抗抑制电流信号频率处的电压噪声增益；

所述直流信号放大模块接入所述电流信号中的直流分量，转换并放大为电压直流信号输出；

所述交流信号放大模块接入所述电流信号中的交流信号，转换并放大为电压交流信号输出，所述交流信号放大模块的放大倍数能够微调；

所述信号调理电路接入所述交流信号放大模块输出的交流电压信号，输出目标的位移信息。

所述可调RLC网络包括可微调电阻网络、电感L1和电容C1，所述可微调电阻网络包括固定电阻R1、固定电阻R2和可调电阻R_X1，所述固定电阻R1一端连接所述四象限探测器其中一个象限的阳极，另一端连接所述电感L1的一端，所述固定电阻R2与所述可调电阻R_X1串联后，与所述固定电阻R1并联，所述电感L1的另一端接地，所述电容C1一端连接所述四象限探测器其中一个象限的阳极，另一端连接所述交流信号放大模块的输入端。

所述的一种四象限探测模块，通过调节所述可微调电阻网络的阻值来调节四象限探测器各象限的反偏电压，使得反偏电压调节步长为0.25Ω×I₁，其中I₁为光电流的直流分量。

所述可调RLC网络的等效阻抗随频率变化而变化，在信号频率处的等效阻抗大于直流等效阻抗2至3个数量级。

所述直流信号放大模块包括电阻R3、电阻R4和运算放大器OPA2；所述电阻R3一端接地，另一端接所述运算放大器OPA2的负输入端，所述电阻R4一端接所述运算放大器OPA2的负输入端，另一端接所述运算放大器OPA2的输出端，所述运算放大器OPA2的正输入端接所述四象限探测器其中一个象限的阳极。

所述直流信号放大模块的输出U_AD=K×I₁×R_D，其中I₁为光电流的直流分量，R_D为所述可调RLC网络的等效直流阻抗，K为所述直流信号放大模块的放大倍数。

所述交流信号放大模块包括可微调反馈电阻网络、相位补偿电容C₂和运算放大器OPA1；所述可微调反馈电阻网络包括固定电阻R5、固定电阻R7、可调电阻R_X2，所述固定电阻R5两端分别接所述运算放大器OPA1的负输入端和输出端，所述固定电阻R7与所述可调电阻R_X2串联后，与所述固定电阻R5并联，所述电容C2与所述固定电阻R5并联。

所述交流信号放大模块通过调节所述可微调反馈电阻网络的阻值对信号增益微调，使得信号增益调节步长为0.001%。

一种所述的一种四象限探测模块的应用方法，包括以下步骤：

步骤一：

将光电流分别注入到四象限探测器各个象限的输入端，调节交流信号放大模块的可微调反馈电阻网络阻值，观察信号调理电路输出信号的幅度，使各个象限硬件电路的幅度和相位响应一致；

步骤二：

加上激光，调节四象限探测模块与光束的相对位置，使四个象限输出的光电流直流参考信号幅度一致性相等，实现平衡位置的初调；

步骤三：

多次调节四象限探测器各个象限的反偏电压，观察信号调理电路输出端的信噪比，使得所述信号调理电路输出端的信噪比得到提升，直到达到预设的最佳信噪比大小。

所述的一种四象限探测模块的应用方法，适用于光镊系统的位移探测，包括以下步骤：

1）捕获激光器出射捕获激光，利用光阱力捕获纳米微粒；

2）利用透镜，将捕获光场经过微粒形成的散射光出射到四象限探测模块；

3）四象限探测模块收集散射光，将散射光场变化信息转化为微粒位移变化信息输出。

本发明的有益效果：

本发明公开一种四象限探测模块及其应用方法，可实现对四象限探测器反偏电压1mV量级的微调，以及对100KΩ反馈电阻实现1Ω量级的微调，从而实现对结电容和信号增益的微调，提高了四象限间光响应和电响应的一致性，提升四象限探测模块共模抑制比至47dB@200KHz，能够大幅抑制共模噪声；并且巧妙利用电感在低频处具有极低的等效阻抗，在自谐振频率处具有极高的等效阻抗的特点设计隔直网络，既不会使四象限探测器在光电流大直流分量下反偏电压发生很大变化，又能在信号频率处获得更佳的信噪比，在10⁵信号增益下，信号频率处输出电压噪声密度仅为73.65nV/Hz^1/2。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种四象限探测模块的电路连接示意图。

图2是一种四象限探测模块常规隔直和交流放大设计的电路图。

图3是光电探测器及其放大电路的等效电路。

图4是四象限探测器象限间结电容差异对共模抑制比的影响。

图5是本发明具体实施例输出电压噪声密度曲线。

图6是图2常规技术输出电压噪声密度曲线。

图7是本发明实施例实测共模抑制效果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明所提供的一种四象限探测模块，包括四象限探测器、可调RLC网络、直流信号放大模块、交流信号放大模块和信号调理电路；所述四象限探测器将激光信号转换为电流信号，所述可调RLC网络将电流信号中的直流分量和交流分量分离，并且其中的可微调电阻网络实现对探测器结电容的微调，其中的电感在信号频率处抑制电压噪声增益，所述直流信号放大模块接入所述电流信号中的直流分量，转换并放大为电压信号，作为参考信号输出，所述交流信号放大模块接入所述电流信号的交流信号，转换并放大为电压信号，并通过可微调反馈电阻网络对信号增益微调后输出，所述信号调理电路接入四个象限的所述交流信号放大模块的四路输出信号，解算出目标的位移信息。

在本实施例中，如图1，四象限探测器可选用滨松公司的G6849型号，对于本领域技术人员来说可以根据实际需求选择其它型号的四象限探测器。与四象限探测器相连的可调RLC网络包括固定电阻R1、固定电阻R2、可调电阻R_X1、电感L1和电容C1，它们之间的连接关系描述如下：固定电阻R1一端连接四象限探测器其中一个象限的阳极，另一端连接电感L1，固定电阻R2与可调电阻R_X1串联后，与固定电阻R1并联，电感L1的另一端接地，电容C1一端连接四象限探测器其中一个象限的阳极，另一端连接交流信号放大模块的输入端。

四象限探测器的结电容是反偏电压的单调递减函数，在本实施例中，如图1，四象限探测器的反偏电压，V _R =V _bias -I ₁ ×R _D ，其中R_D是可调RLC网络的直流等效阻抗，I₁为光电流的直流分量。由此可知，调节R_D的阻值可以调节探测器的结电容。可调RLC的直流等效阻抗：

（1）

其中R_L为电感L的直流阻抗。

固定电阻R1、R2和R_X1串并联的目的是为了实现更精细的阻值调节步长，串联电感的目的是为了既能具有较小的直流等效阻抗，又能在信号频率处获得较大的等效阻抗，从而获得更好的噪声性能。本实施例中，可调RLC网络的直流等效阻抗设计为100Ω，并且直流等效阻抗需要实现在100Ω附近微调从而精细调节探测器的结电容，R1选用200Ω高精度固定电阻，R2选用100Ω高精度固定电阻，R_X1选用阻值为200Ω的3296W系列电位器。3296W系列电位器的圈数一般为25圈，所以直接使用时每圈的阻值变化量△R=200Ω/25=8Ω，而与R1、R2串并联后，每圈取8个位置，R_D的变化量

（2）

从而实现更精细的调节步长。对于1mA的光电流，探测器反偏电压的调节步长为0.25mV，对于5mA的光电流，探测器反偏电压的调节步长为1.25mV，从而可以实现精细的结电容调节。

假设四象限探测模块的两个象限输出信号

，

根据共模抑制比（CMRR）等于差模电压放大倍数与共模放大倍数的绝对值之比可知：

（3）

若仅考虑两个差分信号相位差对共模抑制比的影响:

（4）

若仅考虑两个差分信号幅度差对共模抑制比的影响:

（5）

其中|U _A |和|U _B |分别为两个象限输出信号的振幅，Φ ₁和Φ ₂为相位。

根据光电探测器及其放大电路的等效电路可以分析探测器象限间结电容差异对输出信号相位的影响。如图3，光电探测器可以等效为一个电流源I_S、一个结电阻R_T、结电容C_T并联组成，一般结电阻R_T在几十MΩ级别，所以在高频处可以忽略R_T对电路的影响。从图3所示的等效电路可以看出，反馈信号通过反馈网络，传到运算放大器OPA4的反相输入端，反馈信号再经过放大器增益A_OL后回到输出端，从而完成循环。该等效电路的输出响应为：

（6）

其中，Z _F (f)为反馈电阻R_F和反馈电容C_F并联后的等效阻抗，Aol (f)为放大器的开环响应，β(f)为电路的反馈系数：

（7）

（8）

（9）

其中，A _o 表示运算放大器的开环增益，fc表示运算放大器开环-3dB带宽。

由公式（6）-（9）可得，该等效电路的输出相位为：

（10）

其中，GBW为运算放大器的增益带宽积。

由输出相位表达式可以看出各参数对相位的影响，其中跨阻增益R_F和探测器结电容C_T的差异，均会产生相位差异，从而劣化共模抑制比。根据以上公式及本具体实施例所选用的四象限探测器G6849的普遍参数，交流信号负反馈电阻R_F=100KΩ，负反馈电容C2=2.2pF，分析信号频率200KHz处，探测器结电容在100pF左右时获得的共模抑制比与四象限探测器象限间结电容差的关系，如图4。从图中可以看出，仅考虑结电容差异对共模抑制比的影响，若要获得60dB以上的共模抑制比，象限间结电容差异需在1%以内；若要获得40dB以上的共模抑制比，象限间结电容差异需在8%以内。并且考虑其他电子器件的差异，若想获得高的共模抑制比，对象限间结电容一致性要求更高。实测10支四象限探测器G6849象限间结电容差异最大可达10%，所以不采取补偿，探测器象限间很难直接达到这么高的一致性。从G6849厂家数据手册中的结电容与反偏电压关系图，可以知道随着偏置电压从0.1V~2V变化，探测器结电容的变化范围约为75pF~105pF，本具体实施例通过调节探测器各象限的反偏电压，反偏电压的调节步长可以精细到1mV级别，补偿象限间结电容的差异，从而获得更高的共模抑制比，更好地抑制激光器带来的共模噪声。

在本实施例中，如图1，交流信号放大模块由可微调反馈电阻网络、相位补偿电容C2和运算放大器OPA1组成，它们之间的连接关系描述如下：可微调反馈电阻网络包括固定电阻R5、固定电阻R7、可调电阻R_X2，固定电阻R5两端分别接运算放大器OPA1的负输入端和输出端，固定电阻R7与可调电阻R_X2串联后，与固定电阻R5并联，电容C2与固定电阻R5并联。交流信号放大模块的输出U _A = -I ₂ ×R _F ，其中I₂为光电流的交流分量，R_F为可微调反馈电阻网络在信号频率处的等效阻抗。

在本具体实施例中，为了放大微弱信号，信号增益设计为10⁵，即R_F为100kΩ，若直接用固定反馈电阻，即使用0.1%超高精度的固定电阻，也存在±100Ω的误差。本实施例用可微调反馈电阻网络替代固定反馈电阻，R5和R7取200kΩ，可调电阻R_X2取1kΩ可调范围，可调电阻R_X2每圈的阻值变化量为△R=1kΩ/25=40Ω，每圈取8个位置，对应可微调反馈电阻网络的阻值调节步长为

（11）

通过微调交流信号负反馈电阻R_F可以补偿电阻等电子器件误差带来的响应差异，也可以补偿探测器象限间灵敏度的差异，实现信号增益的微调，减小两个差分信号幅度差对共模抑制比的影响。

在本实施例中，如图1，直流信号放大模块由电阻R3、电阻R4和运算放大器OPA2组成，它们之间的连接关系描述如下：电阻R3一端接地，另一端接运算放大器OPA2的负输入端，电阻R4一端接运算放大器OPA2的负输入端，另一端接运算放大器OPA2的输出端，运算放大器OPA2的正输入端接四象限探测器其中一个象限的阳极。直流信号放大模块的输出

，其中I₁为光电流的直流分量，R_D为所述可调RLC网络的等效阻抗。

本实施例中，信号频率在200KHz附近，所以需要选择合适的电感L1，使四象限探测模块在200KHz附近获得更好的信噪比。电感L1在本实施例中的作用不是滤波，而是令隔直等效阻抗R _D =R+jwL ₁ 替代常规方案的固定隔直电阻，如图2中的R8，使得隔直电阻的等效阻抗随频率变化，在信号频率处等效阻抗很大，从而电压输入噪声的增益系数R_F/R_D在信号频率处很小。并且选择阻值较小的等效直流阻抗R，在直流时，R_D=R，探测器反偏电压V _R =V _bias -I ₁ ×R _D ，反偏电压随光功率变化较小。为了使电压输入噪声的增益系数R_F/R_D在信号频率200KHz处很小，选择谐振频率在200KHz范围附近的电感，或者等效阻抗在信号频率处接近R_F的电感，大概在10mH量级。

本实施例中，如图1，系统的

，工程上定义Q=0.707为最佳，Q值过大，系统响应过冲峰值增加，Q值过小，系统调节时间变长。本实施例的最大光电流直流分量设计值为5mA，所选用的四象限探测器G6849最大反偏电压为5V，所以R_D的等效直流阻抗必须小于1KΩ，但Rd太小会使Q值增大使系统不稳定，也会使系统高通截止频率

过低。根据截止频率f1、Q值、噪声增益系数综合确定R_D的等效直流阻抗和隔直电容C1的值。

本实施例中，四象限探测器选用滨松G6849，探测器结电容为100pF，最大光电流直流分量5mA，光电流信号分量µA级别，信号频率200KHz，交流信号跨阻增益100KΩ。OPA1选用4.8nV/Hz^1/2低噪声、1.6GHz高带宽、FET输入运算放大器OPA657， OPA2选用2.2 nV/Hz^1/2低噪声、36V宽电源的精密运算放大器OPA209，可调RLC网络的等效直流阻抗设计为100Ω。本实施例交流放大模块最终的输出噪声密度曲线如图5，在200KHz信号频率处的噪声密度为73.65nV/Hz^1/2，图2常规方案最终的输出噪声密度曲线如图6，在200KHz信号频率处的噪声密度为4.01µV/Hz^1/2，对比可知，本发明方案相比常规方案，噪声性能优化了54.4倍。本发明方案在200KHz处实测获得47dB的高共模抑制比，如图7。

本发明的一种应用方法包括以下几个步骤：

步骤一：

将光电流分别注入到四象限探测器各个象限的输入端，调节交流信号放大模块的可微调反馈电阻网络阻值，观察信号调理电路输出信号的幅度，使各个象限硬件电路的幅度和相位响应一致。

对于本领域技术人员来说，此处可以选用与交流信号负反馈电阻R_F阻值一致的固定电阻模拟光电流，加特定频率的电压信号模拟光电流，分别注入到四象限探测器各个象限的输入端，精细地调节交流信号放大模块的可微调反馈电阻网络，观察信号调理电路输出信号的幅度，使各个象限硬件电路的响应一致。这一步骤的目的是为了补充电阻、电容等精度影响，使各个象限硬件电路的幅度和相位响应一致，提高电响应一致性，从而获得更好的共模抑制比。

步骤二：

加上激光，调节四象限探测模块与光束的相对位置，使四个象限输出的光电流直流参考信号U_AD、U_BD、U_CD和U_DD幅度相等，实现平衡位置的初调。这一步骤的目的是为了更好地消除象限间的共模噪声，提取光极度微小的变化量即位移信号，转化为电信号输出。

步骤三：

多次调节调节四象限探测器各个象限的反偏电压，观察信号调理电路输出端的信噪比，使得所述信号调理电路输出端的信噪比得到提升，直到达到预设的最佳信噪比大小。这一步骤的目的是为了补偿探测器象限间结电容的差异，提高共模抑制比，根据电路模型仿真和图7实测结果，最佳信噪比可达80dB以上。

在光镊系统的位移探测中，被捕获微粒的位移信息一般是通过微粒散射光的光场分布信息探测得到的，该光场分布信息的变化往往是微弱的，所以，光镊系统的光电探测模块需要从大直流分量中提取弱3个数量级的微弱交流分量，获得微粒的位移信息，要求光电探测模块具有较高的信噪比和较大的信号增益。本发明适用于光镊系统的位移探测，其应用方法如下：

1)捕获激光器出射捕获激光，利用光阱力捕获纳米微粒。

2)利用透镜，将捕获光场经过微粒形成的散射光出射到四象限探测模块。

3)四象限探测模块收集散射光，将散射光场变化信息转化为微粒位移变化信息输出。

本发明提供的一种四象限探测模块及其应用方法，通过调节可微调电阻网络补偿四象限探测器象限间参数的差异和硬件电路响应的差异，提高四象限响应一致性，从而提升四象限探测模块的共模抑制比，在高频处的共模抑制比从20dB提升至47dB。并且克服现有隔直技术的不足，利用等效阻抗随频率变化的RLC网络替代固定阻抗的隔直电阻，进一步提升四象限探测模块的信噪比。本发明提供的一种四象限探测模块在10⁵信号增益下，信号频率处输出电压噪声密度仅为73.65nV/Hz^1/2，相比常规技术噪声性能提升了54.4倍。

上述具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种四象限探测模块，其特征在于：包括四象限探测器、可调RLC网络、直流信号放大模块、交流信号放大模块和信号调理电路；

所述四象限探测器用于将激光信号转换为电流信号；

所述可调RLC网络连接所述四象限探测器的输出端，用于将电流信号中的直流分量和交流分量分离，实现对所述四象限探测器的结电容的微调，利用感抗抑制电流信号频率处的电压噪声增益；

所述直流信号放大模块接入所述电流信号中的直流分量，转换并放大为电压直流信号输出；

所述交流信号放大模块接入所述电流信号中的交流信号，转换并放大为电压交流信号输出，所述交流信号放大模块的放大倍数能够微调；

所述信号调理电路接入所述交流信号放大模块输出的交流电压信号，输出目标的位移信息。

2.根据权利要求1所述的一种四象限探测模块，其特征在于：所述可调RLC网络包括可微调电阻网络、电感L1和电容C1，所述可微调电阻网络包括固定电阻R1、固定电阻R2和可调电阻R_X1，所述固定电阻R1一端连接所述四象限探测器其中一个象限的阳极，另一端连接所述电感L1的一端，所述固定电阻R2与所述可调电阻R_X1串联后，与所述固定电阻R1并联，所述电感L1的另一端接地，所述电容C1一端连接所述四象限探测器其中一个象限的阳极，另一端连接所述交流信号放大模块的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种四象限探测模块，其特征在于：通过调节所述可微调电阻网络的阻值来调节四象限探测器各象限的反偏电压，使得反偏电压调节步长为0.25Ω×I₁，其中I₁为光电流的直流分量。

4.根据权利要求2所述的一种四象限探测模块，其特征在于：所述可调RLC网络的等效阻抗随频率变化而变化，在信号频率处的等效阻抗大于直流等效阻抗2至3个数量级。

5.根据权利要求1所述的一种四象限探测模块，其特征在于：所述直流信号放大模块包括电阻R3、电阻R4和运算放大器OPA2；所述电阻R3一端接地，另一端接所述运算放大器OPA2的负输入端，所述电阻R4一端接所述运算放大器OPA2的负输入端，另一端接所述运算放大器OPA2的输出端，所述运算放大器OPA2的正输入端接所述四象限探测器其中一个象限的阳极。

6.根据权利要求5所述的一种四象限探测模块，其特征在于：所述直流信号放大模块的输出U_AD=K×I₁×R_D，其中I₁为光电流的直流分量，R_D为所述可调RLC网络的等效直流阻抗，K为所述直流信号放大模块的放大倍数。

7.根据权利要求1所述的一种四象限探测模块，其特征在于：所述交流信号放大模块包括可微调反馈电阻网络、相位补偿电容C₂和运算放大器OPA1；所述可微调反馈电阻网络包括固定电阻R5、固定电阻R7、可调电阻R_X2，所述固定电阻R5两端分别接所述运算放大器OPA1的负输入端和输出端，所述固定电阻R7与所述可调电阻R_X2串联后，与所述固定电阻R5并联，所述电容C2与所述固定电阻R5并联。

8.根据权利要求7所述的一种四象限探测模块，其特征在于：所述交流信号放大模块通过调节所述可微调反馈电阻网络的阻值对信号增益微调，使得信号增益调节步长为0.001%。

9.一种根据权利要求1所述的一种四象限探测模块的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：

将光电流分别注入到四象限探测器各个象限的输入端，调节交流信号放大模块的可微调反馈电阻网络阻值，观察信号调理电路输出信号的幅度，使各个象限硬件电路的幅度和相位响应一致；

步骤二：

加上激光，调节四象限探测模块与光束的相对位置，使四个象限输出的光电流直流参考信号幅度一致性相等，实现平衡位置的初调；

步骤三：

多次调节四象限探测器各个象限的反偏电压，观察信号调理电路输出端的信噪比，使得所述信号调理电路输出端的信噪比得到提升，直到达到预设的最佳信噪比大小。

10.根据权利要求9所述的一种四象限探测模块的应用方法，其特征在于，适用于光镊系统的位移探测，包括以下步骤：

1）捕获激光器出射捕获激光，利用光阱力捕获纳米微粒；

2）利用透镜，将捕获光场经过微粒形成的散射光出射到四象限探测模块；

3）四象限探测模块收集散射光，将散射光场变化信息转化为微粒位移变化信息输出。

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