CN204115866U - 功率测量电路 - Google Patents

Abstract

根据本实用新型提供的功率测量电路，包括连接形成一个循环的差分放大电路、滤波电路、峰值保持电路、模数转换电路以及微控制组件，差分放大电路将热释电探测器两端的电加热信号做差输出，滤波电路从差分放大电路的输出信号中提取有效信号，同时抑制叠加在差分放大电路信号上的噪声，提高信噪比，峰值保持电路提取有效信号的幅值信息，模数转换电路将有效信号的幅值信息转换为数字信号，并将数字信号传递给微控制组件，微控制组件控制模数转换电路以及调节差分放大电路的放大倍数，使得本实用新型提供的功率测量电路在能准确测量较强信号的同时，还能保证微弱信号测量的精准度，扩大系统的动态测量范围。

Description

功率测量电路

技术领域

本实用新型属于电定标热释电辐射计领域，具体涉及一种电定标热释电辐射计的功率测量电路。

背景技术

电学定标热释电辐射计是测量光辐射功率的一种高精度绝对辐射计，功率测量电路是辐射计的一个重要组成部分，用来测量与光功率等效的电加热功率值。加在热释电探测器两端的电加热信号是幅值相等、相位相反的一组极性交变的电压信号，通过测量热释电探测器两端的电压幅值U，可通过计算出电加热功率值。

一般情况下，U是先经过差分电路求得加在热释电探测器两端的电压差值，再经过绝对值电路和采样保持电路将交流的电压信号转变为直流信号，而后通过模数转换器将模拟信号转为数字信号后送入微处理器，在微处理器内计算出电加热功率值P。当待测信号较强时，电定标辐射计内部自动产生的电加热信号也比较强，此时测量的准确性还比较高；当测量微弱信号时，由于电定标辐射计内部自动产生的电加热信号也比较微弱，很容易受噪声干扰，从而引起测量误差，降低测量的精准度。

实用新型内容

本实用新型是为解决上述问题而进行的，通过提供一个高精度的功率测量电路，利用互相关检测技术和自动增益调节技术，根据实际测量时热释电探测器两端的电压幅值U的大小，自动调节测量电路的放大倍数，来保证微弱信号测量的精准度，扩大系统的动态测量范围。

本实用新型采用了如下技术方案：

<结构一>

本实用新型提供的用于测量电学定标热释电辐射计中与光功率等效的电加热功率值的功率测量电路，其特征在于，包括：差分放大电路、滤波电路、峰值保持电路、模数转换电路以及微控制组件，差分放大电路位于微控制组件以及滤波电路之间，峰值保持电路位于滤波电路以及模数转换电路之间，微控制组件位于差分放大电路以及模数转换电路之间，其中，差分放大电路用于将电学定标热释电辐射计中的热释电探测器两端的电加热信号做差输出，滤波电路用于从差分放大电路的输出信号中提取有效信号，峰值保持电路用于提取有效信号的幅值信息，模数转换电路用于将有效信号的幅值信息转换为数字信号，并将数字信号传递给微控制组件，微控制组件用于根据数字信号计算电加热功率值，同时控制模数转换电路以及调节差分放大电路的放大倍数。

本实用新型提供的功率测量电路，还可以具有这样的特征:利用互相关检测技术，通过滤波电路从差分放大电路的输出信号中提取有效信号。

本实用新型提供的功率测量电路，还可以具有这样的特征:滤波电路还用于抑制叠加在差分放大电路信号上的噪声，提高信噪比。

本实用新型提供的功率测量电路，还可以具有这样的特征:微控制组件根据有效信号幅值的大小来调节差分放大电路的放大倍数，直至信号幅值在设定阈值范围内。

本实用新型提供的功率测量电路，还可以具有这样的特征:峰值保持电路为正向峰值保持电路。

本实用新型提供的功率测量电路，还可以具有这样的特征:滤波电路为窄带滤波电路。

<结构二>

进一步的，本实用新型还提供了一种电学定标热释电辐射计，其特征在于，具有：高稳定光学斩波器、热释电探测器以及光电自动平衡系统，高稳定光学斩波器用于对光信号进行调制后照射到热释电探测器以及为锁相电路提供参考信号，光电自动平衡系统输入端和热释电探测器连接，用于将热释电探测器输入光信号转换为电加热信号，自动实现热释电探测器电加热探测器表面和光加热探测器表面具有相同效应，以及，结构一中任意一项的光功率测量电路。

实用新型作用与效果

根据本实用新型提供的功率测量电路，包括连接形成一个循环的差分放大电路、滤波电路、峰值保持电路、模数转换电路以及微控制组件，由于本实用新型提供的功率测量电路中的差分放大电路将热释电探测器两端的电加热信号做差输出，滤波电路从差分放大电路的输出信号中提取有效信号，同时抑制叠加在差分放大电路信号上的噪声，提高信噪比，峰值保持电路提取有效信号的幅值信息，模数转换电路将有效信号的幅值信息转换为数字信号，并将数字信号传递给微控制组件，微控制组件控制模数转换电路以及调节差分放大电路的放大倍数，使得本实用新型提供的功率测量电路在能准确测量较强信号的同时，还能保证微弱信号测量的精准度，扩大系统的动态测量范围。

附图说明

图1是本实用新型的电学定标热释电辐射计的结构示意图；

图2是本实用新型的功率测量电路结构示意图；

图3是本实用新型的功率测量电路的相关信号波形图；

图4是本实用新型的微控制组件调节差分放大电路增益系数的流程图；

图5是本实用新型的差分放大电路原理图；以及

图6是本实用新型的峰值保持电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本实用新型的具体实施方式。

图1为本实施例的电学定标热释电辐射计的结构示意图。

如图1所示，电学定标热释电辐射计100包括高稳定光学斩波器200、热释电探测器300、光电自动平衡系统400以及光功率测量电路500，高稳定光学斩波器200用于对光信号进行调制后照射到热释电探测器300以及为光电自动平衡系统400中的锁相电路提供参考信号，光电自动平衡系统500输入端和热释电探测器300连接，用于将热释电探测器300输入光信号转换为电加热信号，自动实现热释电探测器300的电加热探测器表面和光加热探测器表面具有相同效应，光功率测量电路500用于检测热释电探测器300的电加热探测器两端的电压幅值，结合热释电探测器300内部的加热电阻的阻值R，计算出电加热探测器的功率值，进而得出光辐射的功率值。

图2为本实施例的功率测量电路的结构示意图。

如图2所示，功率测量电路500包括差分放大电路1、窄带滤波电路2、峰值保持电路3、模数转换电路4以及微控制组件5，差分放大电路1位于微控制组件5以及滤波电路2之间，峰值保持电路3位于滤波电路2以及模数转换电路4之间，微控制组件5位于差分放大电路1以及模数转换电路4之间。

差分放大电路1用于将电学定标热释电辐射计中热释电探测器两端的电加热信号转换为二者信号的差值输出；滤波电路2用于从差分放大电路1的输出信号中提取有效信号；峰值保持电路3用于提取有效信号的幅值信息；模数转换电路4用于将有效信号的幅值信息转换为数字信号，并将数字信号传递给微控制组件5，微控制组件5用于控制模数转换电路4以及调节差分放大电路1的放大倍数。

图3为本实施例的功率测量电路的相关信号波形图。

如图2和图3所示，图3(a)以及图3(b)中的V_A和V_B为加在热释电探测器两端的电加热信号，两者经差分放大电路1后的信号V₁如图3(c)所示，V₁是V_A与V_B的差值经合理放大后的信号，差分放大电路1的增益受微控制组件5控制；在电定标热释电辐射计正常工作的情况下，系统的工作频率是固定的，即V_A、V_B、V₁的信号频率是固定不变的，利用互相关检测技术，通过滤波电路2从V₁中取出有效信号V₂，如图3(d)所示，V₂为频率单一的正弦信号，待测电压U与V₂的幅值相关；峰值保持电路3提取V₂的幅值信息V₃，模数转换电路4将V₃的大小转换为数字信号送给微控制组件5，微控制组件5根据V₃的大小来决定差分放大电路的增益系数，当测量到的V₃较小时，微控制组件5控制差分放大电路1将其增益变大，当测量的V₃很大时，微控制组件5控制差分放大电路1将其增益减小，直至将V₃的值调节至设定的阈值范围内，从而计算出比较精确的功率值大小。

图4为本实施例中微控制组件控制差分放大电路增益系数的流程图。

步骤S1-1：

将微控制组件5初始化；

步骤S1-2：

微控制组件5控制模数转换电路4将模拟电压信号V₃转换为数字信号；

步骤S1-3：

微控制组件5根据数字信号判断有效信号V₂的幅值信息V₃是否在设定的阈值范围内，若在设定的阈值范围内，进入步骤S1-4，若模拟电压信号V₃不在设定的阈值范围，进入步骤S1-6；

步骤S1-4：

微控制组件5判断有效信号V₂的幅值信息V₃在设定的阈值范围内，并将数字信号换算为实际有效电压值U；

步骤S1-5：

微控制组件5根据公式：P＝U²/R，计算出电信号的功率值，继而得到光辐射的功率值；

步骤S1-6：

微控制组件5判断模拟电压信号V₃不在设定的阈值范围，根据模拟电压信号V₃的大小增加或减少差分放大电路1的增益系数，而后再次进入步骤S1-2中，直至模拟电压信号V₃在设定的阈值范围内。

图5是本实施例中的差分放大电路的原理图。

增益可变的差分放大电路1原理图，如图5所示，V_IN ⁺、V_IN ^-为信号输入端，VCC为电源输入端电压，VSS为电路公共接地端电压，端口11为增益选择端，与微控制组件的IO端口相连，差分放大电路的增益G可由微控制组件自动调节，V_OUT所在的端口为差分放大电路的输出端，输出端信号V_OUT的大小由下式计算：

V_OUT＝G×(V_IN ⁺-V_IN ^-)。

图6是本实施例中的峰值保持电路的原理图。

为方便模数转换电路4进行数据采集，本实施例中提供的峰值保持电路3为正向峰值保持电路。如图4所示，在初始状态，电容31上为零电位，当有效信号V₂的幅值高于电容31的上端电位值时，二极管32和二极管33导通，电容31处于充电状态，直至有效信号V₂的幅值和电容31上端电位值相同为止。当有效信号V₂的幅值下降时，电容31上端的电位不会迅速改变，此时，电容31上端电位值高于有效信号V₂，二极管32和二极管33截止，电容31对有效信号V₂的峰值进行保持，通过缓冲器34输出，电阻R₃为电容31提供放电回路，可通过改变电容31和电阻R₃的值来调节电路的响应特性。

本实施例中的滤波电路2为窄带滤波电路，电加热信号经差分放大电路1放大的同时，噪声也得到了放大，尤其是当待测信号比较微弱时，有效信号很容易被噪声淹没；但信号是有周期性的，而噪声是随机的，因此可以根据信号的特点，采用窄带滤波电路2抑制噪声，提高信噪比，窄带滤波电路的中心频率应和差分放大电路输出的信号频率相同，带宽越窄越好。

本实施例提供的模数转换电路4为高精度模数转换电路，以提高测试的精准度。

热释电探测器内部的加热电阻R的阻值可通过与之连接的测量电阻阻值的仪表测量出来。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的功率测量电路，包括连接形成一个循环的差分放大电路、滤波电路、峰值保持电路、模数转换电路以及微控制组件，由于本实施例提供的功率测量电路中的差分放大电路将热释电探测器两端的电加热信号转换为二者信号的差值输出，滤波电路从差分放大电路的输出信号中提取有效信号，同时抑制叠加在差分放大电路信号上的噪声，提高信噪比，峰值保持电路提取有效信号的幅值信息，模数转换电路将有效信号的幅值信息转换为数字信号，并将数字信号传递给微控制组件，微控制组件控制模数转换电路以及调节差分放大电路的放大倍数，使得本实施例提供的功率测量电路在能准确测量较强信号的同时，还能保证微弱信号测量的精准度，扩大系统的动态测量范围。

本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所述的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种功率测量电路，用于测量电学定标热释电辐射计中与光功率等效的电加热功率值，其特征在于，包括：

差分放大电路、滤波电路、峰值保持电路、模数转换电路以及微控制组件，所述差分放大电路位于所述微控制组件以及所述滤波电路之间，所述峰值保持电路位于所述滤波电路以及所述模数转换电路之间，所述微控制组件位于所述差分放大电路以及所述模数转换电路之间，

其中，所述差分放大电路用于将所述电学定标热释电辐射计中的热释电探测器两端的电加热信号做差输出，

所述滤波电路用于从所述差分放大电路的输出信号中提取有效信号，

所述峰值保持电路用于提取所述有效信号的幅值信息，

所述模数转换电路用于将所述有效信号的幅值信息转换为数字信号，并将所述数字信号传递给所述微控制组件，

所述微控制组件用于根据所述数字信号计算电加热功率值，同时控制所述模数转换电路以及调节所述差分放大电路的放大倍数。

2.根据权利要求1所述的功率测量电路，其特征在于：

其中，利用互相关检测技术，通过所述滤波电路从所述差分放大电路的输出信号中提取有效信号。

3.根据权利要求1所述的功率测量电路，其特征在于：

其中，所述滤波电路还用于抑制叠加在所述差分放大电路信号上的噪声，提高信噪比。

4.根据权利要求1所述的功率测量电路，其特征在于：

其中，所述微控制组件根据所述有效信号幅值的大小来调节所述差分放大电路的放大倍数，直至所述信号幅值在设定阈值范围内。

5.根据权利要求1所述的功率测量电路，其特征在于：

其中，所述峰值保持电路为正向峰值保持电路。

6.根据权利要求1所述的功率测量电路，其特征在于：

其中，所述滤波电路为窄带滤波电路。

7.一种电学定标热释电辐射计，其特征在于，具有：

高稳定光学斩波器、热释电探测器以及光电自动平衡系统，所述高稳定光学斩波器用于对光信号进行调制后照射到所述热释电探测器以及为锁相电路提供参考信号，所述光电自动平衡系统输入端和所述热释电探测器连接，用于将所述热释电探测器输入光信号转换为电加热信号，自动实现所述热释电探测器电加热探测器表面和光加热探测器表面具有相同效应；以及

如权利要求1-6任意一项所述光功率测量电路。