CN204013408U - 一种微弱电信号放大检测电路 - Google Patents

Abstract

一种微弱电信号放大检测电路，至少包括三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路、微处理器和电源模块，三级放大滤波电路的输入端与输入信号相连，三级放大滤波电路的输出端与电光放大转换电路的输入端连接，电光放大转换电路的输出端通过光纤通讯电路与信号接收电路连接，信号接收电路输出端与微处理器连接；电源模块分别与三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路、微处理器连接。该微弱电信号放大滤波电路结构简单、成本低廉，采用了光纤通讯电路隔离通讯，提高了微弱电信号在调理过程中的抗干扰能力，便于采集微弱电信号。

Description

一种微弱电信号放大检测电路

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，尤其涉及一种微弱电信号放大检测电路。

背景技术

对微弱电信号例如生物电信号的放大及处理是很困难的，如运算放大器的零漂、噪声、外界干扰、信道的传输等，都将严重地影响着信号的保真与提取。因此对微弱电信号的放大，抗干扰技术的好坏是成功与否的关键。微弱电光信号的检测在现代工业生产过程和科学技术研究中应用很广，在非接触和无损的光学测量技术中它通过测量反射或透射偏振光相对于入射光偏振状态的改变来准确计算待测样品的各种光学性质，为了对偏振状态进行高精确测量要求检测装置不但具有较高的测量分辨率更要具有较高的测量复现性，排除各种不同类型噪声的干扰以保证高精确测量的可靠性。电光检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴的检测技术，它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。

这些传感器输出的信号一般都为微弱信号，要想全面的了解这些输出信号信息，需要将微弱的电光信号进行放大处理，为后续的数据采集与开发提供研究依据。因此，微弱检测信号技术是非常重要的关键技术，微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有微弱电信号采集在信道传输中因运算放大器零漂、噪声、外界干扰等存在信号保真提取困难的缺陷，提供一种微弱电信号放大检测电路，对微弱电信号进行放大处理，提高微弱电信号在提取过程中的抗干扰能力，提高微弱电信号的采集精确度。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种微弱电信号放大检测电路，其特征在于，该电路至少包括三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路和电源模块，所述三级放大滤波电路的输入端与输入信号相连，三级放大滤波电路的输出端与电光放大转换电路的输入端连接，电光放大转换电路的输出端通过光纤通讯电路与信号接收电路连接；所述电源模块分别与三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路连接。

按上述方案，所述电光放大转换电路包括运算放大单元及发光二极管，所述运算放大单元由ICL7650S芯片构成、接在三级放大滤波电路的输出端，所述发光二极管接在运算放大单元的输出端（该电光放大转换电路将电信号放大的同时，也将电信号转为光信号）；所述光纤通讯电路由光纤、光敏二极管L2、电阻R1组成，所述光纤接在电光放大转换电路的发光二极管与光纤通讯电路的光敏二极管L2之间，所述光敏二极管L2的负极接电源Vcc，光敏二极管L2的正极与电阻R1连接后再接地，所述信号接收电路由运算放大器U4、电容E1、信号电阻R2和变电阻R3组成，所述电容E1的正极与光敏二极管L2的正极连接，电容E1的负极接入运算放大器U4的反相输入端，信号电阻R2接在运算放大器U4的同相输入端与地之间，变电阻R3接在运算放大器U4的输出端与反相输入端之间。

按上述方案，所述三级放大滤波电路包括串联连接的U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路。

按上述方案，所述U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路均由运算放大器及一阶高通滤波器组成，所述运算放大器采用ICL7650S。

按上述方案，所述U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路的放大倍数逐级递增。

按上述方案，所述电源模块采用稳压芯片LM2940，用于为三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路提供稳定的+5V电源。

按上述方案，所述微处理器采用英飞凌XC2238N芯片。

本实用新型的工作原理是：电路共由三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路和微处理器5部分组成，第一部分三级放大滤波电路由U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路三级串联组成，U1放大滤波电路、U2放大滤波电路、U3放大滤波电路的运算放大器均采用ICL7650S芯片，其外部器件的连接为ICL7650S芯片的典型应用，工作电压取用±5V；由于U1放大滤波电路输入的微弱电信号的变化，则电信号经过U1、U2、U3放大滤波电路放大后再经过电光放大转换电路转化为光信号后、再由光纤传输给光敏二极管L2处的光强就会随之而变，从而使信号接收电路中的运放放大器U4输出的电压随之发生变化；为提高整个电路的信噪比，U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路的放大倍数逐级递增；第二部分电光放大转换电路的功能是在将电信号放大的同时，也起到将电信号转变为光信号的作用；第三部分光纤通讯电路，其通过光纤接收电光放大转换电路的光信号并将光信号传递给光敏二极管L2；第四部分信号接收电路的运放放大器U4的反相输入端与光纤通讯电路的光敏二极管L2的正极连接，当有光照射光敏二极管L2时，信号接收电路中便有电流流过，电流的大小由照射在光敏二极管L2上的光强决定，光的强度越大，信号接收电路中的电流也越大，运算放大器U4输出的电压也越高；第五部分微处理器的A/D接口与信号接收电路中的运算放大器U4的输出端连接，用于接收运算放大器U4输出的电压信号。

本实用新型与现有技术相比主要采取了各种抗干扰措施，具有以下有益效果：

（1）本实用新型微弱电信号检测电路结构简单、成本低廉，通过三级放大滤波电路实现对微弱电信号进行放大处理，便于采集微弱电信号；

（2）将信号放大部分电路（即三级放大滤波电路、电光放大转换电路）与信号接收部分电路（信号接收电路）分别单独制作，并分别屏蔽，即信号源与信号放大部分电路置于一屏蔽室内，信号接收部分电路置于另一屏蔽室内，有效提高电路抗干扰性能；

（3）采用了光纤隔离与通信技术，即本实用新型中的信号放大部分电路与信号接收部分电路之间不用导线连接，而是通过光纤通讯电路传输信号，使信号放大部分电路与信号接收部分电路之间没有直接的电气联系，从而有效地切断了噪声或电磁等外界干扰的侵入，极大地提高了本实用新型的抗干扰能力，同时又能异地采集及观察到信号源的信号变化。

附图说明

图1是本实用新型微弱电信号放大检测电路的原理框图；

图2是本实用新型光纤通讯电路与信号接收电路配合工作的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1所示，本实用新型所述的微弱电信号放大检测电路，该电路包括三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路和电源模块，所述三级放大滤波电路的输入端与输入信号相连，三级放大滤波电路的输出端与电光放大转换电路的输入端连接，电光放大转换电路的输出端通过光纤通讯电路与信号接收电路连接（电光放大转换电路接在三级放大滤波电路和光纤通讯电路之间，信号接收电路接在光纤通讯电路与微处理器之间，输入信号依次经过三级放大滤波电路、电光放大转换电路后，再通过光纤通讯电路输送到信号接收电路）；所述电源模块分别与三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路连接。

所述电光放大转换电路包括运算放大单元及发光二极管，所述运算放大单元由ICL7650S芯片构成（基于ICL7650S芯片设计）、接在三级放大滤波电路的输出端，所述发光二极管接在运算放大单元的输出端，该电光放大转换电路将电信号放大的同时，也将电信号转为光信号；所述光纤通讯电路由光纤、光敏二极管L2、电阻R1组成，所述光纤接在电光放大转换电路的发光二极管与光纤通讯电路的光敏二极管L2之间，所述光敏二极管L2的负极接电源Vcc，光敏二极管L2的正极与电阻R1连接后再接地（电阻R1接入光敏二极管L2，防止电流过大），所述信号接收电路由运算放大器U4、电容E1、信号电阻R2和变电阻R3组成，所述电容E1的正极与光敏二极管L2的正极连接，电容E1的负极接入运算放大器U4的反相输入端，信号电阻R2接在运算放大器U4的同相输入端与地之间，变电阻R3接在运算放大器U4的输出端与反相输入端之间。

所述三级放大滤波电路包括串联连接的U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路。所述U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路均由运算放大器及一阶高通滤波器组成，所述运算放大器采用ICL7650S，所述一阶高通滤波器一阶高通滤波器对电路进行低频滤波作用。所述U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路的放大倍数逐级递增，用于提高整个放大滤波电路的信噪比。

所述电源模块采用稳压芯片LM2940，用于为三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路提供稳定的+5V电源。

图2是本实用新型光纤通讯电路与信号接收电路配合工作的电路结构示意图，采用光敏二极管L2接收由光纤传输过来的光信号，一旦有光信号照射在光敏二极管L2时，信号接收电路中的阻抗开始改变、有电流流过，照射的光信号的光强决定信号接收电路中电流的大小，光信号的强度越大，信号接收电路中的电流也越大，从而使运算放大器U4输出的电压也越高，电阻R1接入光敏二极管L2，防止电流过大；运算放大器U4采用ICL7650S芯片，由电容E1和变电阻R3以及信号电阻R2组成的一阶高通滤波器，对电路进行低频滤波作用，增强电路的抗干扰能力，运算放大器U4的输出端（即信号接收电路的输出信号）与微处理器的A/D接口相连。

除了上述以外本实用新型所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。例如，可以将英飞凌高性能微处理器根据实际工况更换为其他类型的MCU。

Claims (7)

1.一种微弱电信号放大检测电路，其特征在于，该电路至少包括三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路、微处理器和电源模块，所述三级放大滤波电路的输入端与输入信号相连，三级放大滤波电路的输出端与电光放大转换电路的输入端连接，电光放大转换电路的输出端通过光纤通讯电路与信号接收电路连接，信号接收电路输出端与微处理器连接；所述电源模块分别与三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路、微处理器连接。

2.如权利要求1所述的微弱电信号放大检测电路，其特征在于：所述电光放大转换电路包括运算放大单元及发光二极管，所述运算放大单元由ICL7650S芯片构成、接在三级放大滤波电路的输出端，所述发光二极管接在运算放大单元的输出端；所述光纤通讯电路由光纤、光敏二极管L2、电阻R1组成，所述光纤接在电光放大转换电路的发光二极管与光纤通讯电路的光敏二极管L2之间，所述光敏二极管L2的负极接电源Vcc，光敏二极管L2的正极与电阻R1连接后再接地，所述信号接收电路由运算放大器U4、电容E1、信号电阻R2和变电阻R3组成，所述电容E1的正极与光敏二极管L2的正极连接，电容E1的负极接入运算放大器U4的反相输入端，信号电阻R2接在运算放大器U4的同相输入端与地之间，变电阻R3接在运算放大器U4的输出端与反相输入端之间。

3.如权利要求1所述的微弱电信号放大检测电路，其特征在于：所述三级放大滤波电路包括串联连接的U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路。

4.如权利要求3所述的微弱电信号放大检测电路，其特征在于：所述U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路均由运算放大器及一阶高通滤波器组成，所述运算放大器采用ICL7650S。

5.如权利要求3或4所述的微弱电信号放大检测电路，其特征在于：所述U1放大滤波电路、U2放大滤波电路和U3放大滤波电路的放大倍数逐级递增。

6.如权利要求1所述的微弱电信号放大检测电路，其特征在于：所述电源模块采用稳压芯片LM2940，用于为三级放大滤波电路、电光放大转换电路、光纤通讯电路、信号接收电路提供稳定的+5V电源。

7.如权利要求1所述的微弱电信号放大检测电路，其特征在于：所述微处理器采用英飞凌XC2238N芯片。