CN212903529U - 一种激光器输出光功率检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种激光器输出光功率检测系统，通过设置三极管前级放大电路，可以对光电二极管转换后的光电流信号进行放大，使其易于被后级电路采集，避免避免后级电路无法采集光电二极管转换后的微弱电流信号的问题；通过设置在I/V转换电路中设置差分放大电路和RC滤波电路，可以将光电二极管转换后的微弱电流信号转换为电压信号，并且差分放大电路滤除该电流信号中的共模干扰信号，RC滤波电路滤除差分放大电路输出电压信号中的谐波分量，提供电压信号的抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器输出光功率检测系统。
背景技术
目前，激光器广泛应用在人脸识别、激光测距、光纤传感以及通讯模块中。在激光器功率调节中，以激光器中激光二极管输出功率为反馈信号调节激光器的输出功率或检测激光器的输出功率，一般都是通过光电二极管探测激光器输出的光功率信号，并转换为微弱的光电流信号，该光电流信号再经过I/V转换电路实现电流转换为电压，最后经过放大再输出至处理器的A/D采样端口。但是由于光电二极管转换后的电流信号非常微弱，经常造成后级电路无法采集该微弱电流信号，尤其当激光器输出光功率小于10mW时，后级电路无法检测经过光电二极管转换后的电流信号。因此，解决上述问题，本实用新型提供一种激光器输出光功率检测系统，通过优化光电二极管的后级放大电路，对光电二极管转换后的微弱电流信号进行充分放大，使其易被后级放大电路采集，避免后级电路无法采集光电二极管转换后的微弱电流信号。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种激光器输出光功率检测系统，通过优化光电二极管的后级放大电路，对光电二极管转换后的微弱电流信号进行充分放大，使其易被后级放大电路采集，避免后级电路无法采集光电二极管转换后的微弱电流信号。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种激光器输出光功率检测系统，其包括激光器、I/V转换电路、后级放大电路和处理器，还包括三极管前级放大电路；
激光器内部集成有光电二极管；
光电二极管的负极接地，其正极与三极管前级放大电路的输入端电性连接，三极管前级放大电路的输出端与I/V转换电路的输入端电性连接，I/V转换电路的输出端通过后级放大电路与处理器的A/D采样端口电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，三极管前级放大电路包括：电阻R59、电阻R63、电容C47和三极管Q9；
光电二极管的正极与三极管Q9的基极电性连接，三极管Q9的集电极通过电阻R59接地，三极管Q9的发射极分别与电阻R63的一端和I/V转换电路的输入端电性连接，电阻R63的另一端与电源电性连接，电容C47并联在三极管Q9的集电极和发射极之间。
在以上技术方案的基础上，优选的，I/V转换电路包括差分放大电路和RC滤波电路；
差分放大电路的差分输入端分别与三极管前级放大电路的输出端电性连接，差分放大电路的输出端通过RC滤波电路与后级放大电路的输入端电性连接。
进一步优选的，差分放大电路包括：电阻R64-R67、三极管Q11和三极管Q12；
三极管前级放大电路的输出端分别与电阻R64的一端以及电阻R65的一端电性连接，电阻R64的另一端与三极管Q11的发射极电性连接，三极管Q11的集电极通过电阻R66接地，电阻R65的另一端与三极管Q12的发射极电性连接，三极管Q12的集电极通过电阻R67与RC滤波电路的输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，后级放大电路包括依次串联的第一电压跟随器、放大电路和第二电压跟随器；
I/V转换电路通过依次串联的第一电压跟随器、放大电路和第二电压跟随器与处理器的A/D采样端口电性连接。
进一步优选的，放大电路包括：运算放大器LF412和电阻R69-R70；
第一电压跟随器通过电阻R69与运算放大器LF412的反相输入端电性连接，运算放大器LF412的同相输入端通过电阻R70接地，电阻R71并联在运算放大器LF412的反相输入端及其输出端之间，运算放大器LF412的输出端通过第二电压跟随器与处理器的A/D采样端口电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括V/I转换电路；
激光器内部集成有激光二极管；
V/I转换电路的输入端与处理器的模拟输出端电性连接，V/I转换电路的输出端与激光二极管的正极电性连接，激光二极管的负极接地。
本实用新型的一种激光器输出光功率检测系统相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置三极管前级放大电路，可以对光电二极管转换后的光电流信号进行放大，使其易于被后级电路采集，避免避免后级电路无法采集光电二极管转换后的微弱电流信号的问题；
(2)通过设置在I/V转换电路中设置差分放大电路和RC滤波电路，可以将光电二极管转换后的微弱电流信号转换为电压信号，并且差分放大电路滤除该电流信号中的共模干扰信号，RC滤波电路滤除差分放大电路输出电压信号中的谐波分量，提供电压信号的抗干扰能力；
(3)第一电压跟随器起隔离缓冲的作用，使前后级电路不会相互影响；第二电压跟随器起阻抗变换作用，一方面，将输入阻抗变得很高，对于输入信号的影响可以做到很小；另一方面，输出阻抗变得很低，处理器的AD采样端口的输入阻抗对输入信号的影响可以做到很小。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种激光器输出光功率检测系统的结构图；
图2为本实用新型一种激光器输出光功率检测系统的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种激光器输出光功率检测系统，其包括光电二极管、三极管前级放大电路、I/V转换电路、后级放大电路和处理器。
激光器，输出光功率稳定的光信号。本实施例中，激光器内部集成有激光二极管和光电二极管。光电二极管，用于检测激光器输出的光功率信号，并将其转换为微弱的电流信号。本实施例中的光电二极管是激光器内部集成的光电二极管，其标记为PD。本实施例中，光电二极管的负极接地，其正极与三极管前级放大电路的输入端电性连接。
三极管前级放大电路，用于对光电二极管转换后的微弱电流信号进行充分放大，使其易被后级放大电路采集，避免后级电路无法采集光电二极管转换后的微弱电流信号的问题。三极管前级放大电路的输出端与I/V转换电路的输入端电性连接。优选的，如图2所示，三极管前级放大电路包括：电阻R59、电阻R63、电容C47和三极管Q9；光电二极管的正极与三极管Q9的基极电性连接，三极管Q9的集电极通过电阻R59接地，三极管Q9的发射极分别与电阻R63的一端和I/V转换电路的输入端电性连接，电阻R63的另一端与电源电性连接，电容C47并联在三极管Q9的集电极和发射极之间。其中，相比与其他放大电路的形式，本实施例中，采用三极管Q9来放大光电二极管转换后的微弱电流信号，其频响较之运放电路要好，并且其输出功率也比一般运放也大很多。
I/V转换电路，由于处理器只能处理电压信号，因此需要将光电二极管转换后的微弱电流信号转换为电压信号。本实施例中，I/V转换电路包括差分放大电路和RC滤波电路。
差分放大电路，将光电二极管转换后的微弱电流信号转换为电压信号，并且滤除该电流信号中的共模干扰信号，提供电压信号的抗干扰能力。本实施例中，差分放大电路的差分输入端分别与三极管前级放大电路的输出端电性连接，差分放大电路的输出端通过RC滤波电路与后级放大电路的输入端电性连接。优选的，如图2所示，差分放大电路包括：电阻R64-R67、三极管Q11和三极管Q12；具体的，三极管前级放大电路的输出端分别与电阻R64的一端以及电阻R65的一端电性连接，电阻R64的另一端与三极管Q11的发射极电性连接，三极管Q11的集电极通过电阻R66接地，电阻R65的另一端与三极管Q12的发射极电性连接，三极管Q12的集电极通过电阻R67与RC滤波电路的输入端电性连接。其中，电阻R64和电阻R65分别是差分输入电阻，电阻R66和电阻R67分别是差分输出电阻。
RC滤波电路，用于滤除差分放大电路输出电压信号中的谐波分量，提高电压信号的抗干扰能力。RC滤波电路可以采用现有技术实现，在此不再累述。
后级放大电路，对经过I/V转换后的电压信号进行放大处理，使其满足处理器引脚对电压的要求。本实施例中，后级放大电路包括依次串联的第一电压跟随器、放大电路和第二电压跟随器；其中，I/V转换电路通过依次串联的第一电压跟随器、放大电路和第二电压跟随器与处理器的A/D采样端口电性连接。
第一电压跟随器，起隔离缓冲的作用，使前后级电路不会相互影响。可以采用现有技术实现，在此不再累述。
放大电路，对I/V转换后的电压信号进行放大处理，使其满足处理器引脚对电压的要求。优选的，本实施例中，如图2所示，放大电路包括：运算放大器LF412和电阻R69-R70；具体的，第一电压跟随器通过电阻R69与运算放大器LF412的反相输入端电性连接，运算放大器LF412的同相输入端通过电阻R70接地，电阻R71并联在运算放大器LF412的反相输入端及其输出端之间，运算放大器LF412的输出端通过第二电压跟随器与处理器的A/D采样端口电性连接。其中，运算放大器LF412、电阻R70和电阻R71构成反相放大器，电阻R69为隔离电阻。
第二电压跟随器，起阻抗变换作用。一方面，将输入阻抗变得很高，对于输入信号的影响可以做到很小；另一方面，输出阻抗变得很低，处理器的AD采样端口的输入阻抗对输入信号的影响可以做到很小。可以采用现有技术实现，在此不再累述。
处理器，光电二极管的光电流信号经一系列放大电路后变成一个电压量，送入处理器的A/D采样端口，与处理器内监测电压参考值之间作差，产生电压偏差信号，再对偏差信号进行运算，运算结果经转换及V/I转换电路后，成为的驱动电流，最终使激光二极管输出功率稳定。
V/I转换电路，将处理器输出的电压信号转换为电流信号，该电流信号为激光器的驱动电流，使激光器集成的激光二极管输出功率稳定。本实施例中，激光器内部集成有激光二极管；V/I转换电路的输入端与处理器的模拟输出端电性连接，V/I转换电路的输出端与激光二极管的正极电性连接，激光二极管的负极接地。本实施例中，激光二极管用LD表示；V/I转换电路可以采用现有技术实现，在此不再累述。
本实施例的工作原理为：光电二极管将激光器集成的激光二极管输出的光功率信号转换为微弱的电流信号，该电流信号经过三极管前级放大电路放大后，易于被后级放大电路采集，经过三极管前级放大电路放大后的电流信号被I/V转换电路采集并被转换为电压信号，该电压信号通过第一电压跟随器隔离后输出至放大电路，由放大电路将该电压信号的幅值抬升至处理器可以处理的范围，再经过第二电压跟随器提高驱动负载的能力后，输出至处理器，处理器将该电压信号与处理器内监测电压参考值之间作差，产生电压偏差信号，再对偏差信号进行运算，运算结果经转换及V/I转换电路后，成为的驱动电流，最终使激光二极管输出功率稳定。
本实施例的有益效果为：通过设置三极管前级放大电路，可以对光电二极管转换后的光电流信号进行放大，使其易于被后级电路采集，避免避免后级电路无法采集光电二极管转换后的微弱电流信号的问题；
通过设置在I/V转换电路中设置差分放大电路和RC滤波电路，可以将光电二极管转换后的微弱电流信号转换为电压信号，并且差分放大电路滤除该电流信号中的共模干扰信号，RC滤波电路滤除差分放大电路输出电压信号中的谐波分量，提供电压信号的抗干扰能力；
第一电压跟随器起隔离缓冲的作用，使前后级电路不会相互影响；第二电压跟随器起阻抗变换作用，一方面，将输入阻抗变得很高，对于输入信号的影响可以做到很小；另一方面，输出阻抗变得很低，处理器的AD采样端口的输入阻抗对输入信号的影响可以做到很小。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种激光器输出光功率检测系统，其包括激光器、I/V转换电路、后级放大电路和处理器，其特征在于：还包括三极管前级放大电路；
所述激光器内部集成有光电二极管；
所述光电二极管的负极接地，其正极与三极管前级放大电路的输入端电性连接，三极管前级放大电路的输出端与I/V转换电路的输入端电性连接，I/V转换电路的输出端通过后级放大电路与处理器的A/D采样端口电性连接。
2.如权利要求1所述的一种激光器输出光功率检测系统，其特征在于：所述三极管前级放大电路包括：电阻R59、电阻R63、电容C47和三极管Q9；
所述光电二极管的正极与三极管Q9的基极电性连接，三极管Q9的集电极通过电阻R59接地，三极管Q9的发射极分别与电阻R63的一端和I/V转换电路的输入端电性连接，电阻R63的另一端与电源电性连接，电容C47并联在三极管Q9的集电极和发射极之间。
3.如权利要求1所述的一种激光器输出光功率检测系统，其特征在于：所述I/V转换电路包括差分放大电路和RC滤波电路；
所述差分放大电路的差分输入端分别与三极管前级放大电路的输出端电性连接，差分放大电路的输出端通过RC滤波电路与后级放大电路的输入端电性连接。
4.如权利要求3所述的一种激光器输出光功率检测系统，其特征在于：所述差分放大电路包括：电阻R64-R67、三极管Q11和三极管Q12；
所述三极管前级放大电路的输出端分别与电阻R64的一端以及电阻R65的一端电性连接，电阻R64的另一端与三极管Q11的发射极电性连接，三极管Q11的集电极通过电阻R66接地，电阻R65的另一端与三极管Q12的发射极电性连接，三极管Q12的集电极通过电阻R67与RC滤波电路的输入端电性连接。
5.如权利要求1所述的一种激光器输出光功率检测系统，其特征在于：所述后级放大电路包括依次串联的第一电压跟随器、放大电路和第二电压跟随器；
所述I/V转换电路通过依次串联的第一电压跟随器、放大电路和第二电压跟随器与处理器的A/D采样端口电性连接。
6.如权利要求5所述的一种激光器输出光功率检测系统，其特征在于：所述放大电路包括：运算放大器LF412和电阻R69-R70；
所述第一电压跟随器通过电阻R69与运算放大器LF412的反相输入端电性连接，运算放大器LF412的同相输入端通过电阻R70接地，电阻R71并联在运算放大器LF412的反相输入端及其输出端之间，运算放大器LF412的输出端通过第二电压跟随器与处理器的A/D采样端口电性连接。
7.如权利要求1所述的一种激光器输出光功率检测系统，其特征在于：还包括V/I转换电路；
所述激光器内部集成有激光二极管；
所述V/I转换电路的输入端与处理器的模拟输出端电性连接，V/I转换电路的输出端与激光二极管的正极电性连接，激光二极管的负极接地。
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