CN205506211U - 光信号检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光信号检测电路，包括光电转换电路、差分放大电路和模数转换电路，与传统的技术方案相比，光电转换电路包括并列设置的第一检测支路和第二检测支路，两路检测支路采集同一目标光信号并将各自采集到的光信号转换为电压信号，分别输入到差分放大电路中，由于同一目标光信号中的干扰信号往往是相同的，差分放大电路能够屏蔽两路光信号中共模的干扰信号，只对两路光信号中差模部分信号进行放大，对输出的信号进行检测。因此，本方案提高了输出信号的信噪比，进而提高光信号检测的精确度。

Description

光信号检测电路

技术领域

本实用新型涉及光信号处理领域，特别是一种光信号检测电路。

背景技术

如图1所示，在传统的光信号检测电路中，光敏管将采集到光信号转换为电流信号，电流电压转换电路将所述电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号输出至放大电路的输入端，ADC采集器将放大电路输出的电压信号进行模数转换。当模数转换后的数字信号为0时，判定发光管到光敏管的光线被遮挡，当模数转换后的数字信号为1时，判定发光管到光敏管的光线没有被遮挡。

然而，传统的光信号检测电路存在的问题是：在采集目标光信号时，不可避免的也会采集到外界干扰信号，而且，在放大电压信号时，很容易受到外部干扰，导致输出信号的信噪比过低，从而使得光信号检测的精确度不够理想。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种光信号检测电路，能够提高光信号检测的精确度。

一种光信号检测电路，技术方案如下：

包括光电转换电路、差分放大电路和模数转换电路，所述光电转换电路包括第一检测支路和第二检测支路；

所述第一检测支路、第二检测支路并列设置，所述第一检测支路的输出端、第二检测支路的输出端分别与所述差分放大电路的两个输入端连接，所述差分放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。

该技术方案与传统的技术方案相比，光电转换电路包括并列设置的第一检测支路和第二检测支路，两路检测支路采集同一目标光信号并将各自采集到的光信号转换为电压信号，分别输入到差分放大电路中，由于同一目标光信号中的干扰信号往往是相同的，差分放大电路能够屏蔽两路光信号中共模部分信号，亦即干扰信号，只对两路光信号中差模部分信号进行放大，所述模数转换电路完成对差分放大后信号的采集与检测，输出数值化的信号。因此，本方案提高了输出信号的信噪比，进而提高光信号检测的精确度。

在其中一个实施例中，所述差分放大电路包括：运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻以及第六电阻；

所述运算放大器的同相输入端分别与第四电阻一端、第六电阻一端连接，第四电阻另一端连接差分放大电路的一输入端，第六电阻另一端接地，运算放大器的反相输入端分别与第三电阻一端、第五电阻一端连接，第三电阻另一端连接差分放大电路的另一输入端，第五电阻另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的电源正极端连接正电压工作电源，运算放大器的电源负极端连接负电压工作电源。

该实施例通过普通的运算放大器以及几个电阻设计构成差分放大电路，既降低了硬件成本，也使得差分放大电路的设计更为灵活。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述差分放大电路为差分运算放大器。直接使用差分运算放大器一方面使得电路设计更为简单，减少接线麻烦；另一方面保证了共模抑制比，进一步提高经过差分放大后光信号的信噪比。

在其中一个实施例中，所述第一检测支路包括用于采集目标光信号的第一光敏管和用于将第一光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第一电流电压转换电路，所述第一光敏管的输出端与第一电流电压转换电路的输入端连接，第一电流电压转换电路的输出端与差分放大电路的一输入端连接；

所述第二检测支路包括用于采集所述目标光信号的第二光敏管和用于将第二光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第二电流电压转换电路，所述第二光敏管的输出端与第二电流电压转换电路的输入端连接，第二电流电压转换电路的输出端与差分放大电路的另一输入端连接。

该实施例中，所述光敏管能够更精确地利用光照强弱来改变电路中的电流，从而能精确地采集目标光信号，电流电压转换电路再将光信号转换为电压信号并将电压信号输入差分放大电路，从而为差分放大电路采集精确的数据，进一步提高光信号检测的精确度。

在其中一个实施例中，所述第一检测支路还包括第一模拟开关，所述第一光敏管的输出端通过第一模拟开关与第一电流电压转换电路的输入端连接；

所述第二检测支路还包括第二模拟开关，所述第二光敏管的输出端通过第二模拟开关与第二电流电压转换电路的输入端连接。

通过所述第一模拟开关以及第二模拟开关，使得两路光信号中的干扰信号在时域上保持一致，从而进一步提高光信号检测的精确度。

本实用新型还提供另外一种光信号检测电路，技术方案如下：

包括光电转换电路、第一模数转换电路、第二模数转换电路以及运算电路，所述光电转换电路包括第一检测支路和第二检测支路；

所述第一检测支路、第二检测支路并列设置，所述第一检测支路的输出端通过第一模数转换电路与运算电路的一信号输入端连接，所述第二检测支路的输出端通过第二模数转换电路与运算电路的另一信号输入端连接。

本方案与传统的技术方案相比，光电转换电路包括并列设置的第一检测支路和第二检测支路，两路检测支路采集同一目标光信号并将各自采集到的光信号转换为电压信号，分别通过两个模数转换电路输入到运算电路中，运算电路输出数值化的差值信号。因此，本方案提高了输出信号的信噪比，进而提高光信号检测的精确度。

附图说明

图1为传统方式的光信号检测电路的结构示意图；

图2为一个实施例的光信号检测电路的结构示意图；

图3为一个实施例的差分放大电路的电路图；

图4为一个实施例的两路检测支路的结构示意图；

图5为另一个实施例的两路检测支路的结构示意图；

图6为一个较佳实施方式的第一模拟开关的电路结构图；

图7为一个较佳实施方式的第二模拟开关的电路结构图；

图8为另一个实施例的光信号检测电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

请参阅图2中一个实施例的光信号检测电路的结构示意图。

包括光电转换电路200、差分放大电路201和模数转换电路202，所述光电转换电路200包括第一检测支路203和第二检测支路204。

所述第一检测支路203、第二检测支路204并列设置，用于采集同一目标光信号并将各自采集到的光信号转换为电压信号；所述第一检测支路203的输出端、第二检测支路204的输出端分别与所述差分放大电路201的两个输入端连接，所述差分放大电路201的输出端与所述模数转换电路202的输入端连接。

具体地，光电转换电路200中的第一检测支路203采集目标光信号作为原信号，并将原信号转换为电压信号输入到差分放大电路201中；光电转换电路200中的第二检测支路204采集同一目标光信号作为参考信号，并将参考信号转换为电压信号输入到差分放大电路201中；原信号和参考信号均采集于同一时刻同一目标光信号，使得其包含相同成分的干扰信号。差分放大电路201对原信号的电压信号以及参考信号的电压信号进行差分放大，模数转换电路202完成对差分放大后信号的采集与检测，输出数值化的信号。

该技术方案与传统的技术方案相比，光电转换电路200包括并列设置的第一检测支路203和第二检测支路204，两路检测支路采集同一目标光信号并将各自采集到的光信号转换为电压信号，分别输入到差分放大电路201中，由于同一目标光信号中的干扰信号往往是相同的，差分放大电路201能够屏蔽两路光信号中共模部分信号，亦即干扰信号，只对两路光信号中差模部分信号进行放大，所述模数转换电路202输出放大后的光信号。因此，本方案提高了输出信号的信噪比，进而提高光信号检测的精确度。

在其中一个实施例中，如图3所示，所述差分放大电路201包括：运算放大器U3A、电阻R3、电阻R4、电阻R5以及电阻R6。

所述运算放大器U3A的同相输入端分别与电阻R4一端、电阻R6一端连接，电阻R4另一端连接差分放大电路201的一输入端，电阻R6另一端接地，运算放大器U3A的反相输入端分别与电阻R3一端、电阻R5一端连接，电阻R3另一端连接差分放大电路201另一输入端，电阻R5另一端连接运算放大器U3A的输出端，运算放大器U3A的电源正极端连接正电压工作电源，运算放大器U3A的电源负极端连接负电压工作电源。

该实施例通过普通的运算放大器以及几个电阻设计构成差分放大电路201，既降低了硬件成本，也使得差分放大电路201的设计更为灵活。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述差分放大电路201为差分运算放大器。直接使用差分运算放大器一方面使得电路设计更为简单，减少接线麻烦；另一方面保证了差分放大电路共模抑制比，进一步提高经过差分放大后光信号的信噪比。

在其中一个实施例中，如图4所示，所述第一检测支路包括用于采集目标光信号的第一光敏管401和用于将第一光敏管401输出的电流信号转换为电压信号的第一电流电压转换电路402，所述第一光敏管401的输出端与第一电流电压转换电路402的输入端连接，第一电流电压转换电路402的输出端与差分放大电路201的一输入端连接。

所述第二检测支路包括用于采集所述目标光信号的第二光敏管403和用于将第二光敏管403输出的电流信号转换为电压信号的第二电流电压转换电路404，所述第二光敏管403的输出端与第二电流电压转换电路404的输入端连接，第二电流电压转换电路404的输出端与差分放大电路201的另一输入端连接。

该实施例中，所述光敏管能够更精确地利用光照强弱来改变电路中的电流，从而能精确地采集目标光信号，电流电压转换电路再将光信号转换为电压信号并将电压信号输入差分放大电路201，从而为差分放大电路201采集精确的数据，进一步提高光信号检测的精确度。

在其中一个实施例中，如图5所示，所述第一检测支路还包括第一模拟开关501，所述第一光敏管401的输出端通过第一模拟开关501与第一电流电压转换电路402的输入端连接。所述第二检测支路还包括第二模拟开关502，所述第二光敏管403的输出端通过第二模拟开关502与第二电流电压转换电路404的输入端连接。

通过所述第一模拟开关501以及第二模拟开关502，使得两路光信号中的干扰信号在时域上保持一致，从而提高后续的差分放大电路屏蔽干扰信号的精确度。

以下为本实用新型的光信号检测电路的一个较佳实现方式：

选取一发射灯用于发出目标光信号，选取两个相邻的接收灯管(亦即第一光敏管和第二光敏管)用于采集所述目标光信号，其中一接收灯管将采集的目标光信号作为原信号IR_M，通过第一电流电压转换电路将IR_M信号输入到第一模拟开关U1的输入端IR0(请参阅图6中的第一模拟开关的电路结构图)，另一接收灯管将采集的目标光信号作为参考信号IR_N，通过第二电流电压转换电路将IR_N信号输入到第二模拟开关U2的输入端IR2(请参阅图7中的第二模拟开关的电路结构图)。两个模拟开关的IR0～IR7输入端的位号相互错开、而且地址共用，当地址为0时，IR_M信号通过输入端IR0输入U1，而IR_N信号通过输入端IR1输入U2，以此类推。其中，两个模拟开关可以选择不同的地址(除IR7外)，IR_M信号与IR_N信号保持为相邻的两接收灯管的信号。

选取图3的差分放大电路对IR_M信号与IR_N信号进行差分放大处理，具体为：

运算放大器U3A通过反相输入端输入IR_M信号，通过同相输入端输入IR_N信号，选取阻值相等的电阻R5和电阻R6、以及阻值相等的电阻R3和电阻R4，根据电路原理有：

V_{AN_OUT}＝(V’_{IR_M}–V’_{IR_N})×(R5/R3) (1)

其中，V_{AN_OUT}为输出的电压值，V’_{IR_M}为包含干扰信号的IR_M信号的电压值，V’_{IR_N}为包含干扰信号的IR_N信号的电压值。

V’_{IR_M}＝V_{IR_M}+V_COM (2)

V’_{IR_N}＝V_{IR_N}+V_COM (3)

其中，V_{IR_M}为不包含干扰信号的IR_M信号的电压值，V_{IR_N}为不包含干扰信号的IR_N信号的电压值。V_COM为相同干扰信号的电压值。根据公式(1)、(2)和(3)得到：

V_{AN_OUT}＝[(V_{IR_M}+V_COM)–(V_{IR_N}+V_COM)]×(R5/R3) (4)

从公式(4)可以看出，IR_N信号中的干扰信号会被减去，因此提高输出信号的信噪比。

模数转换电路输出放大后的光信号，检测输出后的数字信号：

若检测输出后的数字信号的电压值为负值，亦即V’_{IR_M}＜V’_{IR_N}，则判定原信号对应的接收灯管被遮挡；

若检测输出后的数字信号的电压值为正值，亦即V’_{IR_M}＞V’_{IR_N}，则判定参考信号对应的接收灯管被遮挡；

若检测输出后的数字信号的电压值为0，亦即V’_{IR_M}＝V’_{IR_N}，则判定原信号对应的接收灯管和参考信号对应的接收灯管同时被遮挡或者同时没有被遮挡。

因此，上述较佳实现方式中并列设置的两路检测支路采集同一发射灯发出的目标光信号，并将各自采集到的光信号转换为电压信号，通过模拟开关U1以及模拟开关U1，分别输入到差分放大电路中，通过差分放大电路屏蔽同模的干扰信号，只对两路光信号中差模部分信号进行放大，模数转换电路完成对差分放大后信号的采集与检测，输出数值化的信号。因此，本实现方式提高了输出信号的信噪比，进而提高光信号检测的精确度。

本实用新型还提供另外一种光信号检测电路，如图8所示：

包括光电转换电路800、第一模数转换电路801、第二模数转换电路802以及运算电路803，所述光电转换电路800包括第一检测支路804和第二检测支路805。

所述第一检测支路804、第二检测支路805并列设置，用于采集同一目标光信号并将各自采集到的光信号转换为电压信号；所述第一检测支路804的输出端通过第一模数转换电路801与运算电路803的一信号输入端连接，所述第二检测支路805的输出端通过第二模数转换电路802与运算电路803的另一信号输入端连接。

具体地，所述第一检测支路804输出端通过第一模数转换电路801后输出的第一数字信号，所述第一数字信号的数值作为所述运算电路803中减运算的被减数；所述第二检测支路805输出端通过第二模数转换电路802后输出的第二数字信号，所述第二数字信号的数值作为所述运算电路803中减运算的减数；然后相减得到的结果作为两光信号的差值。

本实施例中，光电转换电路800包括并列设置的第一检测支路804和第二检测支路805，两路检测支路采集同一目标光信号并将各自采集到的光信号转换为电压信号，分别通过两个模数转换电路输入到运算电路803中，运算电路803输出数值化的差值信号。因此，本方案提高了输出信号的信噪比，进而提高光信号检测的精确度。

在其中一个实施例中，所述第一检测支路804包括用于采集目标光信号的第一光敏管和用于将第一光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第一电流电压转换电路，所述第一光敏管的输出端与第一电流电压转换电路的输入端连接，第一电流电压转换电路的输出端与第一模数转换电路的输入端连接。所述第二检测支路805包括用于采集目标光信号的第二光敏管和用于将第二光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第二电流电压转换电路，所述第二光敏管的输出端与第二电流电压转换电路的输入端连接，第二电流电压转换电路的输出端与第二模数转换电路的输入端连接。

该实施例中，所述光敏管能够更精确地利用光照强弱来改变电路中的电流，从而能精确地采集目标光信号，电流电压转换电路再将光信号转换为电压信号并将电压信号输入差分放大电路，从而为差分放大电路采集精确的数据，进一步提高光信号检测的精确度。

在其中一个实施例中，所述第一检测支路804还包括第一模拟开关，所述第一光敏管的输出端通过第一模拟开关与第一电流电压转换电路的输入端连接。所述第二检测支路805还包括第二模拟开关，所述第二光敏管的输出端通过第二模拟开关与第二电流电压转换电路的输入端连接。通过所述第一模拟开关以及第二模拟开关，使得两路光信号中的干扰信号在时域上保持一致，从而提高后续的差分放大电路屏蔽干扰信号的精确度。

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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.光信号检测电路，其特征在于，包括光电转换电路、差分放大电路和模数转换电路，所述光电转换电路包括第一检测支路和第二检测支路；

所述第一检测支路、第二检测支路并列设置，所述第一检测支路的输出端、第二检测支路的输出端分别与所述差分放大电路的两个输入端连接，所述差分放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的光信号检测电路，其特征在于，所述差分放大电路包括：运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻以及第六电阻；

所述运算放大器的同相输入端分别与第四电阻一端、第六电阻一端连接，第四电阻另一端连接差分放大电路的一输入端，第六电阻另一端接地，运算放大器的反相输入端分别与第三电阻一端、第五电阻一端连接，第三电阻另一端连接差分放大电路的另一输入端，第五电阻另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的电源正极端连接正电压工作电源，运算放大器的电源负极端连接负电压工作电源。

3.根据权利要求1所述的光信号检测电路，其特征在于，所述差分放大电路为差分运算放大器。

4.根据权利要求1所述的光信号检测电路，其特征在于，所述第一检测支路包括用于采集目标光信号的第一光敏管和用于将第一光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第一电流电压转换电路，所述第一光敏管的输出端与第一电流电压转换电路的输入端连接，第一电流电压转换电路的输出端与差分放大电路的一输入端连接；

所述第二检测支路包括用于采集所述目标光信号的第二光敏管和用于将第二光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第二电流电压转换电路，所述第二光敏管的输出端与第二电流电压转换电路的输入端连接，第二电流电压转换电路的输出端与差分放大电路的另一输入端连接。

5.根据权利要求4所述的光信号检测电路，其特征在于，所述第一检测支路还包括第一模拟开关，所述第一光敏管的输出端通过第一模拟开关与第一电流电压转换电路的输入端连接；

所述第二检测支路还包括第二模拟开关，所述第二光敏管的输出端通过第二模拟开关与第二电流电压转换电路的输入端连接。

6.光信号检测电路，其特征在于，包括光电转换电路、第一模数转换电路、第二模数转换电路以及运算电路，所述光电转换电路包括第一检测支路和第二检测支路；

所述第一检测支路、第二检测支路并列设置，所述第一检测支路的输出端通过第一模数转换电路与运算电路的一信号输入端连接，所述第二检测支路的输出端通过第二模数转换电路与运算电路的另一信号输入端连接。

7.根据权利要求6所述的光信号检测电路，其特征在于，所述第一检测支路包括用于采集目标光信号的第一光敏管和用于将第一光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第一电流电压转换电路，所述第一光敏管的输出端与第一电流电压转换电路的输入端连接，第一电流电压转换电路的输出端与第一模数转换电路的输入端连接；

所述第二检测支路包括用于采集目标光信号的第二光敏管和用于将第二光敏管输出的电流信号转换为电压信号的第二电流电压转换电路，所述第二光敏管的输出端与第二电流电压转换电路的输入端连接，第二电流电压转换电路的输出端与第二模数转换电路的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的光信号检测电路，其特征在于，所述第一检测支路还包括第一模拟开关，所述第一光敏管的输出端通过第一模拟开关与第一电流电压转换电路的输入端连接；

所述第二检测支路还包括第二模拟开关，所述第二光敏管的输出端通过第二模拟开关与第二电流电压转换电路的输入端连接。