CN207556802U - 激光器光检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光器光检测电路，利用第一光检测装置对待测激光器在待测点的激光进行检测，获得第一电流信号并输出，第一信号转换电路对第一电流信号转换为第一电压信号并输出，第二光检测装置对待测点的激光进行检测，获得第二电流信号并输出，第二信号转换电路对第二电流信号转换为第二电压信号并输出，信号反相电路对第二电压信号进行反相获得反相电压信号并输出，如此，差分放大电路根据第一电压信号以及电压反相信号进行差分放大处理后，可消除进行光检测过程中的噪声，且增强了对激光进行检测得到的有效信号，使得光检测信号中噪声少，准确性高。

Description

激光器光检测电路

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，特别涉及一种激光器光检测电路。

背景技术

激光器是一种能发射激光的装置，光纤激光器是激光器的一种，具有高功率、稿光束质量、高效率和小体积等特点。激光器应用范围广，其发射的激光强度不同达到的作用也不同，对激光器进行光检测是有必要的。

然而，采用现有方式对激光器进行光检测时，检测到的信号噪声大，即检测结果不准确。

实用新型内容

基于此，有必要针对激光器光检测结果不准确的问题，提供一种能提高信号接收准确性的激光器光检测电路。

一种激光器光检测电路，包括：第一光检测装置、第二光检测装置、第一信号转换电路、第二信号转换电路、信号反相电路以及差分放大电路；

所述第一光检测装置通过所述第一信号转换电路与所述差分放大电路连接，所述第二光检测装置通过所述第二信号转换电路与所述信号反相电路的输入端连接，所述信号反相电路的输出端与所述差分放大电路连接；

所述第一光检测装置对待测激光器在待测点的激光进行检测，获得第一电流信号并输出，所述第一信号转换电路对所述第一电流信号转换为第一电压信号并输出，所述第二光检测装置对所述待测点的激光进行检测，获得第二电流信号并输出，所述第二信号转换电路对所述第二电流信号转换为第二电压信号并输出，所述信号反相电路对所述第二电压信号进行反相获得反相电压信号并输出，所述差分放大电路根据所述第一电压信号以及电压反相信号进行差分放大处理，获得光检测信号。

在其中一个实施例中，所述第一光检测装置为第一光电二极管，所述第二光检测装置为第二光电二极管。

在其中一个实施例中，所述第一信号转换电路包括第一运算放大器以及第一电阻，所述第一光电二极管的正极接地，负极连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的正相输入端接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述差分放大电路，所述第一电阻连接于所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一光电二极管的正极，另一端连接所述第一光电二极管的负极。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括连接于所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间的第二电容。

在其中一个实施例中，所述第二信号转换电路包括第二运算放大器以及第二电阻，所述第二光电二极管的正极接地，负极连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的正相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述信号反相电路，所述第二电阻连接于所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括第三电容，所述第三电容的一端连接所述第二光电二极管的正极，另一端连接所述第二光电二极管的负极。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括连接于所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间的第四电容。

在其中一个实施例中，所述信号反相电路包括第三运算放大器、第三电阻以及第四电阻，所述第二信号转换电路通过所述第三电阻与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第三运算放大器的正向输入端接地，所述第三运算放大器反相输入端通过第四电阻连接所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端连接所述差分放大电路。

在其中一个实施例中，所述差分放大电路包括第四运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻，所述第一信号转换电路通过所述第五电阻与所述第四运算放大器的正相输入端连接，所述信号反相电路通过所述第六电阻与所述第四运算放大器的反相输入端连接，所述第七电阻的一端连接所述第四运算放大器的正相输入端，另一端接地，所述第八电阻连接于所述第四运算放大器的反相输入端和输出端之间。

上述激光器光检测电路，利用两路光检测通道对待测激光器在待测点的激光分别进行探测，即通过两个光检测装置对同一待测点分别进行激光探测，第一光检测装置对待测点的激光进行检测获得第一电流信号，第二光检测装置对待测点的激光进行检测获得第二电流信号。由于光检测装置是对光信号的探测，得到电流信号后需要将其转换为电压信号，通过设置第一信号转换电路和第二信号转换电路，分别对两路的电流信号进行转换，第一信号转换电路对第一电流信号转换为第一电压信号并输出，第二信号转换电路对第二电流信号转换为第二电压信号并输出，且通过信号反相电路对第二电压信号进行反相获得反相电压信号，为后续做差分做准备，如此，差分放大电路根据第一电压信号以及电压反相信号进行差分放大处理后，可消除进行光检测过程中的噪声，且增强了对激光进行检测得到的有效信号，有效信号幅值高，使得光检测信号中噪声少，准确性高。

附图说明

图1为一实施例的激光器光检测电路的结构示意图；

图2为另一实施例的激光器光检测电路的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，提供一种实施例的激光器光检测电路，包括：第一光检测装置110、第二光检测装置120、第一信号转换电路130、第二信号转换电路140、信号反相电路150以及差分放大电路160。第一光检测装置110通过第一信号转换电路130与差分放大电路160连接，第二光检测装置120通过第二信号转换电路140与信号反相电路150的输入端连接，信号反相电路150的输出端与差分放大电路160连接。

第一光检测装置110对待测激光器在待测点的激光进行检测，获得第一电流信号并输出，第一信号转换电路130对第一电流信号转换为第一电压信号并输出，第二光检测装置120对待测点的激光进行检测，获得第二电流信号并输出，第二信号转换电路140对第二电流信号转换为第二电压信号并输出，信号反相电路150对第二电压信号进行反相获得反相电压信号并输出，差分放大电路160根据第一电压信号以及电压反相信号进行差分放大处理，获得光检测信号。

差分放大电路160是放大差模信号抑制共模信号，通过信号反相电路150对第二电压信号进行反相获得反相电压信号，从而可使反相电压和第一电压信号相位相反，在后续通过差分电路进行差分放大时，得到的光检测信号是放大后的信号，同时噪声差分后消除，减少噪音，提高光检测信号的准确性。

上述激光器光检测电路，利用两路光检测通道对待测激光器在待测点的激光分别进行探测，即通过两个光检测装置对同一待测点分别进行激光探测，第一光检测装置110对待测点的激光进行检测获得第一电流信号，第二光检测装置120对待测点的激光进行检测获得第二电流信号。由于光检测装置是对光信号的探测，得到电流信号后需要将其转换为电压信号，通过设置第一信号转换电路130和第二信号转换电路140，分别对两路的电流信号进行转换，第一信号转换电路130对第一电流信号转换为第一电压信号并输出，第二信号转换电路140对第二电流信号转换为第二电压信号并输出，且通过信号反相电路150对第二电压信号进行反相获得反相电压信号，为后续做差分做准备，如此，差分放大电路160根据第一电压信号以及第二电压信号反相后的反相电压信号进行差分放大处理后，可消除进行光检测过程中的噪声，且增强了对激光进行检测得到的有效信号，使得光检测信号中噪声少，准确性高。

上述两个光检测装置进行激光检测的位置点相同，即第一电流信号是对待测点进行激光检测后得到的电流信号，第二电流信号也是对待测点进行激光检测后得到的电流信号，如此，上述两个光检测装置进行激光检测的环境是相同的，遭受的噪音水平基本相同，通过后续对第一电压信号和第二电压信号反相后的反相电压信号进行差分放大后，得到的光检测信号是对差分放大电路160的输入信号的放大，且消除了噪音，提高准确性。在第一电压信号和第二电压信号相同时，则第二电压信号反相后的反相电压信号与第一电压信号反相，经过差分放大信号后，可将信号翻倍输出得到光检测信号。在一个示例中，第一光检测装置110和第二光检测装置120并列设置并位于待测点。

在一个示例中，上述激光器光检测电路可以为光纤激光器光检测电路，则上述待测激光器为待测光纤激光器。

请参阅图2，在其中一个实施例中，第一光检测装置110为第一光电二极管PD1，第二光检测装置120为第二光电二极管PD2。

光电二极管是在反向电压作用之下工作的，在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。在没有光照时，反向电流极其微弱，在有激光照射时，反向电流增大，激光强度越大，反向电流越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

请继续参阅图2，在其中一个实施例中，第一信号转换电路130包括第一运算放大器U1以及第一电阻R1，第一光电二极管PD1的正极接地，负极连接第一运算放大器U1的反相输入端r2，第一运算放大器U1的正相输入端r1接地，第一运算放大器U1的输出端t1连接差分放大电路160，第一电阻R1连接于第一运算放大器U1的反相输入端r2和输出端t1之间。

第一光电二极管PD1对激光进行检测，得到的第一电流信号属于微弱的电流信号，需要将其传输至对应的第一信号转换电路130进行电流/电压(I/V)转换，把微弱的电流信号转换成电压信号，且可实现将信号放大，可以理解，转换后的第一电压信号是对第一光电二极管PD1进行激光检测后得到的第一电流信号对应的电压(第一运算放大器U1的反相输入端r2的输入电压)的放大，避免电流信号太微弱被噪音淹没，导致检测不准确。

具体地，第一光电二极管PD1进行激光检测后产生光电流，由于第一运算放大器U1的反相输入端r2与第一光电二极管PD1连接，则第一运算放大器U1的反相输入端r2有光电流，可以理解，第一运算放大器U1的反相输入端r2会有与光电流对应的电压，第一运算放大器U1的输出端t1通过第一电阻R1与第一运算放大器U1的反相输入端r2连接，且第一运算放大器U1的输出端t1通过第一电阻R1与第一光电二极管PD1的负极连接，其正极接地，从而，第一运算放大器U1的输出端t1通过第一电阻R1和第一光电二极管PD1接地，在第一光电二极管PD1在负极产生光电流时，第一电阻R1上光电流流过，第一运算放大器U1的输出端t1的电压即是第一电阻R1的电压降，如此，实现将光电流转换为第一运算放大器U1的输出端t1的电压，即第一运算放大器U1的输出端t1的电压即为第一电压信号，第一电压信号即是第一运算放大器U1的反相输入端r2的输入电压的放大。可以理解，若第一光电二极管PD1产生的光电流为i1，则第一信号转换器中第一运算放大器U1输出的第一电压信号为光电流i1与第一电阻R1的乘积。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括第一电容C1，第一电容C1的一端连接第一光电二极管PD1的正极，另一端连接第一光电二极管PD1的负极。

在进行激光检测过程中，由于外界干扰，对激光检测过程产生影响，为减小外界干扰，提高检测准确性，在第一光电二极管PD1的两极之间并联第一电容C1，通过第一电容C1对激光检测产生的光电流进行滤波。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括连接于第一运算放大器U1的反相输入端r2和输出端t1之间的第二电容C2。

为进一步减小干扰，提高检测稳定性，在第一电阻R1的两端并联第二电容C2，以进行信号过滤，滤除光电流的噪音。

在其中一个实施例中，第二信号转换电路140包括第二运算放大器U2以及第二电阻R2，第二光电二极管PD2的正极接地，负极连接第二运算放大器U2的反相输入端r4，第二运算放大器U2的正相输入端r3接地，第二运算放大器U2的输出端t2连接信号反相电路150，第二电阻R2连接于第二运算放大器U2的反相输入端r4和输出端t2之间。

第二光电二极管PD2对激光进行检测，得到的第二电流信号属于微弱的电流信号，需要将其传输至对应的第二信号转换电路140进行电流/电压转换，把微弱的电流信号转换成电压信号，且可实现将信号放大，可以理解，转换后的第二电压信号是对第二光电二极管PD2进行激光检测后得到的电流信号对应的电压(第二运算放大器U2的反相输入端r4的输入电压)的放大，避免电流信号太微弱被噪音淹没，导致检测不准确。

具体地，第二光电二极管PD2进行激光检测后产生光电流，由于第二运算放大器U2的反相输入端r4与第二光电二极管PD2连接，则第二运算放大器U2的反相输入端r4有光电流，可以理解，第二运算放大器U2的反相输入端r4会有与光电流对应的电压，第二运算放大器U2的输出端t2通过第二电阻R2与第二运算放大器U2的反相输入端r4连接，且第二运算放大器U2的输出端t2通过第二电阻R2与第二光电二极管PD2的负极连接，其正极接地，从而，第二运算放大器U2的输出端t2通过第二电阻R2和第二光电二极管PD2接地，在第二光电二极管PD2在负极产生光电流时，第二电阻R2上光电流流过，第二运算放大器U2的输出端t2的电压即是第二电阻R2的电压降，如此，实现将光电流转换为第二运算放大器U2的输出端t2的电压，即第二运算放大器U2的输出端t2的电压即为第二电压信号，第二电压信号即是对第二运算放大器U2的反相输入端r4的输入电压的放大。可以理解，若第二光电二极管PD2产生的光电流为i2，则第二信号转换器中第二运算放大器U2输出的第二电压信号为光电流i2与第二电阻R2的乘积。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括第三电容C3，第三电容C3的一端连接第二光电二极管PD2的正极，另一端连接第二光电二极管PD2的负极。

在第二光电二极管PD2的两极之间并联第三电容C3，通过第三电容C3对激光检测产生的光电流进行滤波，减小外界干扰，减少噪音，提高检测准确性。

在其中一个实施例中，上述激光器光检测电路，还包括连接于第二运算放大器U2的反相输入端r4和输出端t2之间的第四电容C4。

为进一步减小干扰，提高检测稳定性，在第二电阻R2的两端并联第四电容C4，以进行信号过滤，滤除光电流的噪音。

在其中一个实施例中，信号反相电路150包括第三运算放大器U3、第三电阻R3和第四电阻R4，第二信号转换电路130通过第三电阻R3与第三运算放大器U3的反相输入端r5连接，第三运算放大器U3的正相输入端r6接地，第三运算放大器U3的反相输入端r5通过第四电阻R4连接第三运算放大器U3的输出端t3，第三运算放大器U3的输出端t3连接差分放大电路160。

相对于第一信号转换电路130直接输出第一电压信号至差分放大电路160，第二信号转换电路140的第二电压信号还需要经过信号反相电路150，实现将第二电压信号进行反相。在本实施中，通过在第二信号转换电路140与差分电路之间设置信号反相电路150，将第二电压信号进行反相得到反相电压信号。

可以理解，信号反相电路150的第三电阻R3、第四电阻R4、第三运算放大器U3以及之间的连接关系组成一个反相放大器，即第三运算放大器U3的输出端t3输出的电压信号是对第二信号转换电路输出的第二电压信号的反相放大。具体地，第三运算放大器U3的输出端t3输出的电压信号为第二信号转换电路输出的第二电压信号的K倍，K为第四电阻R4与第三电阻R3比值的相反数。

具体地，第二信号转换电路140中的第二运算放大器U2的输出端t2通过第三电阻R3与第三运算放大器U3的正相输入端r5连接，即可实现对第二运算放大器U2的输出端t2的电压信号的反相放大。

在其中一个实施例中，差分放大电路160包括第四运算放大器U4、第五电阻R3、第六电阻R4、第七电阻R5以及第八电阻R6，第一信号转换电路130通过第五电阻R3与第四运算放大器U4的正相输入端r7连接，信号反相电路150通过第六电阻R4与第四运算放大器U4的反相输入端r8连接，第七电阻R5的一端连接第四运算放大器U4的正相输入端r7，另一端接地，第八电阻R6连接于第四运算放大器U4的反相输入端r8和输出端之间。

第一运算放大器U1输出的第一电压信号通过第五电阻R5之后传递至第四运算放大器U4的正相输入端r7，第二运算放大器U2输出的第二电压信号通过第六电阻R6之后传递至第四运算放大器U4的反相输入端r8，第五电阻R5的与第四运算放大器U4的正相输入端r7连接的一端还通过第七电阻R7接地，第一运算放大器U1的输出端t1与第四运算放大器U4的正相输入端r7之间的电压差为第四运算放大器U4的正相输入端r7的电压，第四运算放大器U4的正相输入端r7的电压为第五电阻R5上的电压降，第五电阻R5和第七电阻R7的阻值已知，从而，根据第一运算放大器U1的输出端t1的电压可知第四运算放大器U4正相输入端的电压，第四运算放大器U4的正相输入端r7和反相输入端之间虚短，进而，可知第四运算放大器U4的反相输入端r8的电压，第三运算放大器U3的输出端t3与第四运算放大器U4的反相输入端r8之间的电压差之间的电压差为第六电阻R6上的压降，第四运算放大器U4的反相输入端r8与第四运算放大器U4的输出端t4之间的电压差为第八电阻R8上的压降，如此，可得到第四运算放大器U4的输出端t4的电压即光检测信号，实现电压信号放大。

具体地，第一信号转换电路130中的第一运算放大器U1的输出端t1通过第五电阻R5与第四运算放大器U4的正相输入端r7连接，第三运算放大器U3的输出端t3通过第六电阻R6与第四运算放大器U4的反相输入端r8连接。

综上，对第一光检测装置110进行激光检测得到的第一电流信号进行转换后得到的第一电压信号保持不变，通过第三电阻R3后输入到差分放大电路160，对第二光检测装置120进行激光检测得到的第二电流信号进行转后得到的第二电压信号，还需要进行反相得到反相电压信号，反相电压信号和第一电压信号一起通过差分放大电路160得到光检测信号，差分放大电路160使会使光检测的有效信号强度增大，同时噪声相互抵消，最终的效果就是信号增强，灵敏度提高，抗干扰能力强，噪声水平很低，即最终输出的光检测信号准确性高。具体地，上述激光器光检测电路使用普通的光电二极管就可以实现微弱激光信号(≥10uW)的检测，由于可以实现噪声抵消，所以受外界信号干扰影响非常小，噪声输出小(＜2MV)，微弱信号增强，检测灵敏度高。对于光纤激光器的光纤漏光检测、光纤激光器高反检测，光纤激光器种子源检测等有非常好的应用效果。

以上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。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施例，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 (10)

1.一种激光器光检测电路，其特征在于，包括：第一光检测装置、第二光检测装置、第一信号转换电路、第二信号转换电路、信号反相电路以及差分放大电路；

所述第一光检测装置通过所述第一信号转换电路与所述差分放大电路连接，所述第二光检测装置通过所述第二信号转换电路与所述信号反相电路的输入端连接，所述信号反相电路的输出端与所述差分放大电路连接；

所述第一光检测装置对待测激光器在待测点的激光进行检测，获得第一电流信号并输出，所述第一信号转换电路对所述第一电流信号转换为第一电压信号并输出，所述第二光检测装置对所述待测点的激光进行检测，获得第二电流信号并输出，所述第二信号转换电路对所述第二电流信号转换为第二电压信号并输出，所述信号反相电路对所述第二电压信号进行反相获得反相电压信号并输出，所述差分放大电路根据所述第一电压信号以及电压反相信号进行差分放大处理，获得光检测信号。

2.根据权利要求1所述的激光器光检测电路，其特征在于，所述第一光检测装置为第一光电二极管，所述第二光检测装置为第二光电二极管。

3.根据权利要求2所述的激光器光检测电路，其特征在于，所述第一信号转换电路包括第一运算放大器以及第一电阻，所述第一光电二极管的正极接地，负极连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的正相输入端接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述差分放大电路，所述第一电阻连接于所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。

4.根据权利要求3所述的激光器光检测电路，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述第一光电二极管的正极，另一端连接所述第一光电二极管的负极。

5.根据权利要求3所述的激光器光检测电路，其特征在于，还包括连接于所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间的第二电容。

6.根据权利要求2所述的激光器光检测电路，其特征在于，所述第二信号转换电路包括第二运算放大器以及第二电阻，所述第二光电二极管的正极接地，负极连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的正相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述信号反相电路，所述第二电阻连接于所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间。

7.根据权利要求6所述的激光器光检测电路，其特征在于，还包括第三电容，所述第三电容的一端连接所述第二光电二极管的正极，另一端连接所述第二光电二极管的负极。

8.根据权利要求6所述的激光器光检测电路，其特征在于，还包括连接于所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间的第四电容。

9.根据权利要求1所述的激光器光检测电路，其特征在于，所述信号反相电路包括第三运算放大器、第三电阻以及第四电阻，所述第二信号转换电路通过所述第三电阻与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第三运算放大器的正相输入端接地，所述第三运算放大器的反相输入端通过第四电阻连接所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端连接所述差分放大电路。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的激光器光检测电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第四运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻，所述第一信号转换电路通过所述第五电阻与所述第四运算放大器的正相输入端连接，所述信号反相电路通过所述第六电阻与所述第四运算放大器的反相输入端连接，所述第七电阻的一端连接所述第四运算放大器的正相输入端，另一端接地，所述第八电阻连接于所述第四运算放大器的反相输入端和输出端之间。