CN216559338U - 一种光电检测电路和光电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电检测电路和光电检测装置。光电检测电路包括光电信号转换电路、负温度系数热敏电阻及放大电路。光电信号转换电路与放大电路的第一输入端连接，用于感测光信号并将光信号转换成电信号输入放大电路。负温度系数热敏电阻与放大电路的第二输入端连接，用于感测温度的变化，并基于该温度变化调整放大电路的放大倍数。放大电路用于将上述电信号以上述放大倍数进行放大后输出。上述光电检测电路和光电检测装置可以进行温度补偿，即减小温度变化对检测电路造成的误差，从而提高检测精度，且设计简单，成本低。

Description

一种光电检测电路和光电检测装置

技术领域

本实用新型实施例涉及检测技术领域，特别是涉及一种光电检测电路和光电检测装置。

背景技术

由于LED(发光二极管)具有光效高、低功耗、控制简单等优点，因此，在检测领域，常以LED作为光源使用(如利用吸光度检测溶液成分的实验)。然而，由于LED在低温和高温时发光效率不一致，即不同温度环境下，同一电源驱动的LED光强也不一样，因此当环境温度变化时，LED的光强也会发生变化，从而给检测带来额外的误差。因此，在实际检测中，需要考虑如何削弱环境温度变化对检测结果准确率带来的负面影响。而现有技术中，具有温度补偿效果的光电检测电路一般设计较为复杂，且成本较高。

实用新型内容

本实用新型提供的一种光电检测电路，可以进行温度补偿，从而减小由于温度变化导致LED光强发生变化而带来的检测误差，并且设计简单、成本低。

在第一方面，提供一种光电检测电路，光电信号转换电路、负温度系数热敏电阻及放大电路。

光电转换电路与放大电路的第一输入端相连，用于感测光信号并将该光信号转换成电信号输入放大电路。

负温度系数热敏电阻与放大电路的第二输入端相连，用于感测温度的变化，并基于该温度变化调整放大电路的放大倍数。

放大电路用于将上述电信号以上述放大倍数进行放大后输出。

在一些实施例中，放大电路包括放大器和第一电阻。

放大器的同相输入端为放大电路的第一输入端，放大器的反向输入端为放大电路的第二输入端。放大器的反向输入端通过第一电阻连接放大器的输出端。

在一些实施例中，光电信号转换电路包括光电传感器和第三电阻。

光电传感器的第一端用于连接第一电源，光电传感器的第二端连接通过第三电阻接地。

在一些实施例中，光电检测电路还包括第二电阻。

第二电阻与负温度系数热敏电阻并联后与放大电路的第二输入端连接。

在一些实施例中，光电检测电路还包括控制器。

控制器与放大电路的输出端连接。

在一些实施例中，光电检测电路还包括第四电阻。

放大电路的输出端通过第四电阻接地。

第二方面，提供一种光电检测装置，光电检测装置包括上述光电检测电路。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种光电检测电路和光电检测装置，光电检测电路包括光电信号转换电路、负温度系数热敏电阻及放大电路。该光电检测电路中，负温度系数热敏电阻用于感测温度的变化，并基于该温度变化调整放大电路的放大倍数，以达到温度补偿的效果，从而减小由温度变化带来的检测误差，提高检测精度。并且只需配置负温度系数热敏电阻即可实现自适应的温度补偿，因此设计简单，成本低。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型一实施例提供的光电检测电路的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的光电检测电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的放大电路增益变化示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“第一”、“第二”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。

由LED的工作特性可知，在一定温度范围内，当环境温度升高时(例如相较于室温25℃)，LED的光照强度变弱，而当环境温度降低时，LED的光照强度增强。也即，当温度升高时，光电信号检测电路的输出信号变小，从而导致放大电路的输出也相应变小；相反的，当温度降低时，光电信号检测电路的输出信号变大，从而导致放大电路的输出也相应变大，因此，在同一电源驱动的情况下，环境温度的变化会给光电检测电路的检测结果带来误差。

在第一方面，请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的一种光电检测电路的结构示意图，光电检测电路10包括：光电信号转换电路101、负温度系数热敏电阻102和放大电路103。

光电信号转换电路101与放大电路103的第一输入端连接，用于感测光信号并将光信号转换成电信号输入放大电路103。在一些实施例中，光信号可以由LED光源提供，在其他实施例中，光信号也可以由其他类型的光源提供，在此不做限定。负温度系数热敏电阻102与放大电路103的第二输入端连接，用于感测温度的变化，并基于该温度变化调整放大电路103的放大倍数。放大电路103用于将上述电信号以上述放大倍数进行放大后输出。

在一些需要特定光强度的场合，需要对光源的光强度直接进行检测并控制，以使其满足需求。另外，在一些检测应用中，如利用吸光度(用于表征光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度的关系)原理对溶液成分进行检测，需要检测光源透过待检测溶液后的光强度，从而根据待检测溶液的吸光度特性确定溶液的成分。

光电检测电路10的工作原理如下：

一般的，光电信号转换电路101感测到光信号并将光信号转换为电信号输入放大电路103，放大电路103将电信号放大并输出。但由于温度变化会使光源(如LED光源)的发光效率改变，具体的，在一定温度范围内，光源的发光效率会随着温度的升高而降低，或者，随着温度的降低发光效率升高。也即，在驱动电源不变的情况下，光源的光强会随着温度的变化而变化，这会给光电检测电路10带来检测误差。

于是，设置负温度系数热敏电阻102以削弱温度变化带来的测量误差。负温度系数热敏电阻102用于感测温度的变化，并基于该温度变化调整放大电路103的放大倍数以实现温度补偿。具体的，当环境温度升高时，负温度系数热敏电阻的阻值随着温度升高而减小，进而调整放大电路103的放大倍数(增大了放大倍数)，从而补偿因温度升高使光源光强度变弱引起的检测误差；而当环境温度降低时，负温度系数热敏电阻的阻值随着温度降低而增大，进而调整放大电路103的放大倍数(减小了放大倍数)，从而补偿因温度降低使LED光强度变强引起的检测误差。

本实用新型实施例提供一种光电检测电路，在该电路中，设置负温度系数热敏电阻用于感测温度的变化，并基于该温度变化相应调整放大电路的放大倍数，以达到温度补偿的效果，从而减小由温度变化带来的检测误差，提高检测精度。并且只需配置负温度系数热敏电阻即可实现自适应的温度补偿，因而设计简单，成本低。

在一些实施例中，请参阅图2，放大电路103包括放大器U1和第一电阻R1。

放大器U1的同相输入端为放大电路103的第一输入端，放大器U1的反向输入端为放大电路103的第二输入端。放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1连接其输出端。在其他一些实施例中，放大器U1的第一输入端也可以为反相输入端，则其第二输入端为正向输入端，此时，放大电路103的放大倍数会相应变化。

第一电阻R1为放大器U1的反馈电阻，用于与负温度系数热敏电阻102组合调整放大器U1的放大倍数。具体的，当放大器U1处于线性放大的工作状态时，可利用放大器虚短虚断(即放大器U1的同向输入端与反向输入端的电位相等，且流经负温度系数热敏电阻NTC和第一电阻R1的电流相等)的电路特性分析获得放大器U1的放大倍数(增益)，于是易得

GAIN＝1+(R1/NTC) (1)，

其中GAIN为放大器U1的放大倍数，R1、NTC分别为第一电阻和负温度系数热敏电阻的阻值。从上述公式可以看出，当环境温度升高时，负温度系数热敏电阻的阻值随着温度升高而减小，即NTC的值变小，从而，GAIN的值变大，即增大了放大器U1的放大倍数；当环境温度降低时，负温度系数热敏电阻的阻值随着温度降低而增大，即NTC的值变大，从而，GAIN的值变小，即减小了放大器U1的放大倍数，从而补偿因温度变化给检测电路带来的影响。

在一些实施例中，请再次参阅图2，光电信号转换电路101包括光电传感器D1和第三电阻R3。

光电传感器D1的第一端用于连接第一电源VCC1，光电传感器D1的第二端连接放大电路103的第一输入端并通过第三电阻R1接地。

光电传感器D1用于将感测到的光信号转换为电流信号，并经过第三电阻R3变为电压信号后输出至放大电路103的第一输入端。在一些实施例中，第一电源VCC1为外接电源，在其他一些实施例中，第一电源VCC1也可以集成于光电检测电路10中。

在一些实施例中，请再次参阅图2，光电检测电路10还包括第二电阻R2。

第二电阻R2与负温度系数热敏电阻102并联后与放大电路103的第二输入端连接。

由于负温度系数热敏电阻102的阻值随温度变化的曲线往往是类似于对数变化的曲线，因此，为负温度系数热敏电阻102并联第二电阻R2，用于改善放大电路103的线性度和减小过补偿的几率。

为了获得较好的线性度以及有效防止过补偿，负温度系数热敏电阻102的阻值可选择远大于第二电阻R2的阻值,例如，在一些实施例中，负温度系数热敏电阻102可选用的阻值为100K，第一电阻R1的取值可为47K，第二电阻R2的取值可为4.7K，请参考图3，图3为在采用上述参数时，放大电路103在0℃～45℃变化时的放大倍数变化的示意图。

由图3可知，当环境温度在0℃～45℃之间变化时，放大电路103的放大倍数在11.14～12.07之间变化，即温度补偿的范围在合理范围内，没有过补偿，且放大倍数变化的线性度在8％以内，具有较好的线性度。因此，在光电检测电路10中加入第二电阻R2与负温度系数热敏电阻NTC并联，可改善放大电路103的线性及减小过补偿的几率。

在一些实施例中，光电检测电路10还包括控制器104，控制器104用于接收光电检测电路10中放大电路103的输出信号并进行存储和处理以及将处理后的数据传输至外部设备。

在一些实施例中，控制器可以为MCU(单片机)，MCU具有功能强大、价格低、集成度高、体积小、可靠性好、功耗低等特点。在其他一些实施例中，控制器还可以是DSP芯片、FPGA芯片等，在此不做限定。

在一些实施例中，光电检测电路10还包括第四电阻R4，放大电路103通过第四电阻R4接地。第四电阻R4可用于调节放大电路103的输出信号的大小。

在一些实施例中，请再次参阅图2，图2示出了一种光电检测电路的电路结构示意图。图2所示的光电检测电路包括光电传感器D1、放大器U1、负温度系数热敏电阻NTC、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和MCU。

光电传感器D1的第一端连接第一电源VCC1，其中，第一电源VCC1为外接电源，光电传感器D1的第二端连接放大器U1的同向输入端，并通过第三电阻R3接地。

放大器U1的反向输入端分别连接第一电阻R1的第一端、负温度系数热敏电阻NTC的第一端和第二电阻R2的第一端，放大器U1的输出端分别连接第一电阻R1的第二端、第四电阻R4的第一端以及MCU的输入端，第二电阻R2的第二端连接负温度系数热敏电阻NTC的第二端并接地，第四电阻R4的第二端接地。

在图2所述的实施例中，光电检测电路用于检测LED放光电路中LED光源的光强度。LED放光电路包括恒流源IS、第五电阻R5和发光二极管D2，发光二极管D2的阳极连接第五电阻R5的第一端，发光二极管D2的阴极接地；第五电阻R5的第二端连接恒流源IS。恒流源IS提供一恒定电流，经过第五电阻R5限流后驱动发光二极管D2发光。

图2所示的光电检测电路的工作原理如下：

光电传感器D1接收到发光二极管D2的光信号，将该光信号转换为电流信号，并经过第三电阻R3转换为电压信号后输出至放大器U1的同相输入端；负温度系数热敏电阻NTC与第二电阻R2并联，当环境温度升高时，负温度系数热敏电阻NTC的阻值变小，则放大器U1的反相输入端的总阻值相应变小，也即其放大倍数相应增大，从而使其输出变大；当环境温度降低时，负温度系数热敏电阻NTC的阻值变大，放大器U1的反向输入端的总阻值相应变大，也即其放大倍数相应减小，从而使其输出变小，因此，得以减小因温度变化导致发光二极管D2的光强度变化而带来的检测误差。其中，MCU用于接收放大器U1的输出信号并进行存储和处理，也可根据实际需求将处理后的数据传输至外部设备。

具体的，利用放大器虚短虚断的电路特性分析获得放大器U1的放大倍数(增益)，由图2的电路结构，易得放大器U1的放大倍数

GAIN＝1+[R1/(NTC//R2)] (2)，

其中GAIN为放大器U1的放大倍数，R1、R2、NTC分别为第一电阻、第二电阻和负温度系数热敏电阻的阻值。

由发光二极管的工作特性分析可知，当环境温度升高时(如相对于室温25℃而言)，发光二极管D2的光强度变弱，则光电传感器D1采集的电流信号变小，从而使得放大电路的输出也会相应变小，也即，环境温度的升高会使得最终的检测结果比预期的偏小，而在图2所示的光电检测电路中，由于在放大器U1的反向输入端设置了负温度系数热敏电阻NTC，在环境温度升高时，负温度系数热敏电阻NTC的阻值会随着温度升高而变小，即(NTC//R2)的值也会相应变小，由上述公式(2)可知，放大电路的放大倍数GAIN也会相应变大，也即其输出相应变大。

而当环境温度降低时，发光二极管D2的光强度增强，则光电传感器D1采集的电流信号变大，此时负温度系数热敏电阻NTC的阻值随着环境温度降低而变大，使得(NTC//R2)的值也相应变大，也即放大电路的放大倍数GAIN减小，则其输出也会相应变小。

综上，虽然环境温度的升高或降低会使光源的光强度变弱或变强，从而导致最终的检测结果偏小或偏大，但由于光电检测电路中设置了负温度系数热敏电阻，利用负温度系数热敏电阻随着温度升高阻值变小及温度降低阻值变大的特性，相应增大或减小放大电路的放大倍数，亦即，通过增大或减小光电检测电路中放大电路放大倍数的方式弥补其输入信号(光信号)因温度变化变小或变大而带来的检测误差，从而实现温度补偿，提高检测的精度。

另外，相较于通过测量温度变化，并根据该温度变化值相应调节光源驱动电源输出以实现温度补偿的方式(即直接调节光源的光强度进行温度补偿)，在环境温度发生变化时，利用负温度系数热敏电阻及放大电路本身的工作特性，自适应补偿温度变化所带来的检测误差，而无需额外控制其他变量及增加设备，从而使得光电检测电路设计简单，且成本低。

在第二方面，本实用新型实施例还提供一种光电检测装置，该装置包括上述光电检测电路。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种光电检测电路，其特征在于，包括：光电信号转换电路、负温度系数热敏电阻及放大电路；

所述光电信号转换电路与所述放大电路的第一输入端连接，用于感测光信号并将所述光信号转换成电信号输入所述放大电路；

所述负温度系数热敏电阻与所述放大电路的第二输入端连接，用于感测温度的变化，并基于所述温度变化调整所述放大电路的放大倍数；

所述放大电路用于将所述电信号以所述放大倍数进行放大后输出。

2.根据权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，所述放大电路包括放大器和第一电阻；

所述放大器的同向输入端为所述放大电路的第一输入端，所述放大器的反向输入端为所述放大电路的第二输入端；

所述放大器的反向输入端通过所述第一电阻连接所述放大器的输出端。

3.根据权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，所述光电信号转换电路包括光电传感器和第三电阻；

所述光电传感器的第一端用于连接第一电源，第二端连接所述放大电路的第一输入端并通过所述第三电阻接地。

4.根据权利要求1所述的光电检测电路，其特征在于，所述光电检测电路还包括第二电阻；

所述第二电阻与所述负温度系数热敏电阻并联后与所述放大电路的第二输入端连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光电检测电路，其特征在于，所述光电检测电路还包括控制器；

所述控制器与所述放大电路的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的光电检测电路，其特征在于，所述光电检测电路还包括第四电阻；

所述放大电路的输出端通过所述第四电阻接地。

7.一种光电检测装置，其特征在于，所述光电检测装置包括如权利要求1-6任一项所述的光电检测电路。

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