CN206149222U - 一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路，包括第一运算放大器和第二运算放大器；第一运算放大器的反相输入端通过第一电容与激光陀螺的角速度输出端相连，其反相输入端还通过第一电阻与自身的输出端相连，同相输入端接地；第一运算放大器的输出端通过第二电容与第二运算放大器的同相输入端相连，第二运算放大器的同相输入端还通过第二电阻接地，其反相输入端依次通过第三电阻和第四电阻与自身的输出端相连，第二运算放大器的反相输入端还直接接地，第二运算放大器的输出端为光电信号转换及放大电路的输出端，第一运算放大器为AD8047AR，第二运算放大器为AD8012AR。本实用新型带宽大，测量范围大，噪声小，功耗小，测量精度高。
Description
技术领域
本实用新型属于激光陀螺光电检测电路技术领域，特别涉及一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路。
背景技术
激光陀螺用于测量激光惯组的角速度，激光陀螺光电检测电路用于检测激光陀螺输出的角速度信号，其主要由光电信号的转换、放大、整形、鉴相、偏频解调和计数等电路组成，其中光电信号转换及放大电路的主要任务是把从激光陀螺的激光谐振腔中输出的微弱的光电流(微安级)信号进行光电转换及放大，成为可测量的电压信号(伏特级)。
目前，激光惯组角速度的测量范围要求越来越高，部分项目要求角速度测量范围是原有产品的4～5倍。虽然激光陀螺的角速度检测范围能够满足新的产品需求，但是由于后续光电检测电路的制约，特别是光电信号转换及放大电路带宽的制约，使得激光惯组角速度的测量范围不能满足目前市场需求。
同时，现有的用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路由于电源参数选用不合适，导致功耗偏大，测量精度较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路，带宽大，测量范围大，功耗小，测量精度高。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路，包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端通过第一电容与激光陀螺的角速度输出端相连，第一运算放大器的反相输入端还通过第一电阻与第一运算放大器的输出端相连，第一运算放大器的同相输入端接地；所述第一运算放大器的输出端通过第二电容与第二运算放大器的同相输入端相连，第二运算放大器的同相输入端还通过第二电阻接地，第二运算放大器的反相输入端依次通过第三电阻和第四电阻与第二运算放大器的输出端相连，第二运算放大器的反相输入端还直接接地，所述第二运算放大器的输出端为光电信号转换及放大电路的输出端，所述第一运算放大器为AD8047AR，所述第二运算放大器为AD8012AR。
AD8047AR和AD8012AR均为新型的运算放大器，其中第一运算放大器AD8047AR是一款单通道、高速、电压反馈型放大器，能够提供250MHz带宽，每个放大器的最大功耗为6.6mA，它主要用于低失真、高速、宽动态范围系统，它的电压噪声仅为3.8nV/√Hz，0.1％建立时间仅为30ns。第二运算放大器AD8012AR是一款双通道、低功耗、电流反馈型放大器，能够提供350MHz带宽，每个放大器的功耗仅为1.7mA，它主要用于低失真、高速、宽动态范围系统，它的电压噪声仅为2.5nV/√Hz，0.1％建立时间仅为20ns。通过优化电路中的运算放大器，使得光电信号转换及放大电路的实际带宽扩大，从而扩大了角速度测量范围，满足新的技术要求，同时还减小了噪声。
进一步地，所述第一运算放大器的正向电源输入端依次通过第三电容和第四电容与供电电源的正极相连，所述第一运算放大器的正向电源输入端还直接与供电电源的正极相连；所述第一运算放大器的反向电源输入端依次通过第五电容和第六电容与供电电源的负极相连，所述第一运算放大器的反向电源输入端还直接与供电电源的负极相连；所述第二运算放大器的正向电源输入端依次通过第七电容和第八电容与供电电源的正极相连，所述第二运算放大器的正向电源输入端还直接与供电电源的正极相连；所述第二运算放大器的反向电源输入端依次通过第九电容和第十电容与供电电源的负极相连，所述第二运算放大器的反向电源输入端还直接与供电电源的负极相连。
供电电源用于提供工作电量。
作为一种优选方式，所述供电电源的正极电压为+5V，所述供电电源的负极电压为－5V，所述供电电源提供的总电流为18mA。
根据激光陀螺的特性，激光陀螺的主要误差因数比例因子及零点漂移都和温度变化有直接的关系，而陀螺组件主要温升来自于激光陀螺本身抖轮散热和前放电路散热，通过优化光电信号转换及放大电路中的供电电源，可以减少前放电路整体功耗，从而能够有效地降低陀螺组件温升，从而提高陀螺的角速度测量精度。
与现有技术相比，本实用新型带宽大，测量范围大，噪声小，功耗小，测量精度高。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的结构示意图。
其中，C1为第一电容，C2为第二电容，C3为第三电容，C4为第四电容，C5为第五电容，C6为第六电容，C7为第七电容，C8为第八电容，C9为第九电容，C10为第十电容，N1为第一运算放大器，N2为第二运算放大器，R1为第一电阻，R2为第二电阻，R3为第三电阻，R4为第四电阻。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的一实施例包括第一运算放大器N1和第二运算放大器N2，所述第一运算放大器N1的反相输入端通过第一电容C1与激光陀螺的角速度输出端相连，第一运算放大器N1的反相输入端还通过第一电阻R1与第一运算放大器N1的输出端相连，第一运算放大器N1的同相输入端接地；所述第一运算放大器N1的输出端通过第二电容C2与第二运算放大器N2的同相输入端相连，第二运算放大器N2的同相输入端还通过第二电阻R2接地，第二运算放大器N2的反相输入端依次通过第三电阻R3和第四电阻R4与第二运算放大器N2的输出端相连，第二运算放大器N2的反相输入端还直接接地，所述第二运算放大器N2的输出端为光电信号转换及放大电路的输出端，其特征在于，所述第一运算放大器N1为AD8047AR，所述第二运算放大器N2为AD8012AR。
所述第一运算放大器N1的正向电源输入端依次通过第三电容C3和第四电容C4与供电电源的正极相连，所述第一运算放大器N1的正向电源输入端还直接与供电电源的正极相连；所述第一运算放大器N1的反向电源输入端依次通过第五电容C5和第六电容C6与供电电源的负极相连，所述第一运算放大器N1的反向电源输入端还直接与供电电源的负极相连；所述第二运算放大器N2的正向电源输入端依次通过第七电容C7和第八电容C8与供电电源的正极相连，所述第二运算放大器N2的正向电源输入端还直接与供电电源的正极相连；所述第二运算放大器N2的反向电源输入端依次通过第九电容C9和第十电容C10与供电电源的负极相连，所述第二运算放大器N2的反向电源输入端还直接与供电电源的负极相连。
所述供电电源的正极电压为+5V，所述供电电源的负极电压为－5V，所述供电电源提供的总电流为18mA。
下面通过对比实验说明本实用新型的优越性：
在现有技术中，第一运算放大器N1一般选用AD829AR，第二运算放大器N2一般选用AD8620AR；而在本实用新型中，第一运算放大器N1选用AD8047AR，所述第二运算放大器N2选用AD8012AR。表1中列出优化前后两种第一运算放大器N1和第二运算放大器N2的主要参数。
表1
在现有技术中，电路供电电源为±9V，供电电源提供的总电流为23mA；而在本实用新型中，电路供电电源为±5V，供电电源提供的总电流为18mA。表2中示出优化前后电路功耗对比。
| 对比项目 | 现有技术 | 本实用新型 |
| 供电电源总电流 | 23mA | 18mA |
| 供电电源电压 | ±9V | ±5V |
| 电路总功耗 | 414mW | 180mW |
表2
经过对比实验，发现光电信号转换及放大电路的实际带宽由原来的1.5MHz扩大到5MHz，最大角速度测量范围达到1500°/s，电路最大功耗小于等于0.2W。
经过大量的实验验证，本实用新型能保证激光陀螺角速度测量范围达到最新的项目需求，同时陀螺通道零偏稳定性和重复性、随即游走系数、非线性及重复性等各项技术指标均达到或优于现有技术的设计。
本实用新型可以直接运用于高速光电信号转换及前置放大电路系统，如激光陀螺交流信号前置放大、高速微弱光电信号检测等领域，拥有广阔的应用前景。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路，包括第一运算放大器(N1)和第二运算放大器(N2)，所述第一运算放大器(N1)的反相输入端通过第一电容(C1)与激光陀螺的角速度输出端相连，第一运算放大器(N1)的反相输入端还通过第一电阻(R1)与第一运算放大器(N1)的输出端相连，第一运算放大器(N1)的同相输入端接地；所述第一运算放大器(N1)的输出端通过第二电容(C2)与第二运算放大器(N2)的同相输入端相连，第二运算放大器(N2)的同相输入端还通过第二电阻(R2)接地，第二运算放大器(N2)的反相输入端依次通过第三电阻(R3)和第四电阻(R4)与第二运算放大器(N2)的输出端相连，第二运算放大器(N2)的反相输入端还直接接地，所述第二运算放大器(N2)的输出端为光电信号转换及放大电路的输出端，其特征在于，所述第一运算放大器(N1)为AD8047AR，所述第二运算放大器(N2)为AD8012AR。
2.如权利要求1所述的用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路，其特征在于，
所述第一运算放大器(N1)的正向电源输入端依次通过第三电容(C3)和第四电容(C4)与供电电源的正极相连，所述第一运算放大器(N1)的正向电源输入端还直接与供电电源的正极相连；所述第一运算放大器(N1)的反向电源输入端依次通过第五电容(C5)和第六电容(C6)与供电电源的负极相连，所述第一运算放大器(N1)的反向电源输入端还直接与供电电源的负极相连；
所述第二运算放大器(N2)的正向电源输入端依次通过第七电容(C7)和第八电容(C8)与供电电源的正极相连，所述第二运算放大器(N2)的正向电源输入端还直接与供电电源的正极相连；所述第二运算放大器(N2)的反向电源输入端依次通过第九电容(C9)和第十电容(C10)与供电电源的负极相连，所述第二运算放大器(N2)的反向电源输入端还直接与供电电源的负极相连。
3.如权利要求2所述的用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路，其特征在于，所述供电电源的正极电压为+5V，所述供电电源的负极电压为－5V，所述供电电源提供的总电流为18mA。
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| CN201621046738.2U CN206149222U (zh) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | 一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路 |
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| CN201621046738.2U Active CN206149222U (zh) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | 一种用于测量激光陀螺角速度的光电信号转换及放大电路 |
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- 2016-09-09 CN CN201621046738.2U patent/CN206149222U/zh active Active
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