專利名稱：光度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括光電二極管的光度計(jì)，光電二極管用于產(chǎn)生與所拾取光的強(qiáng)度成比例的電流，光電二極管通過一個(gè)電阻的中介鏈接到一個(gè)配備有帶通濾波器的運(yùn)算放大器。
背景技術(shù)：
美國專利3,790,288中描述了這樣一種光度計(jì)。該光度計(jì)用于確定一個(gè)入射光源發(fā)射的光的強(qiáng)度。為此，其包括一個(gè)光電二極管(通常是硅光電二極管)，把入射光轉(zhuǎn)換為電流。一個(gè)運(yùn)算放大器允許向其引出端提供一個(gè)表示所拾取光的強(qiáng)度的電壓。在該已知裝置中，光電二極管與運(yùn)算放大器的一個(gè)引入端之間連接的電阻和另一個(gè)電阻(二者都處于放大器的調(diào)節(jié)環(huán)路中)一起確定該環(huán)路的放大系數(shù)。
該已知光度計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是，對(duì)于某些需要光強(qiáng)度的變化精度為0.01％的應(yīng)用來說，其測(cè)量精度非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種能獲得0.01％或更高精度的光度計(jì)。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的光度計(jì)的特征在于，以一定方式設(shè)置電阻的值的大小以使濾波器的通帶中的諧振峰值平直。本發(fā)明基于以下論斷，即，形成放大器的調(diào)節(jié)環(huán)路的濾波器的通帶中存在的諧振峰值明顯地限制光度計(jì)的精度，這是因?yàn)樗赖K在該諧振峰值周圍的頻帶中的所有測(cè)量。以一定方式設(shè)置光電二極管與放大器之間的電阻的大小以使峰值平直，使得該頻帶能夠進(jìn)行光強(qiáng)度的精確測(cè)量，這是因?yàn)榇藭r(shí)放大器的增益在整個(gè)通帶中實(shí)際上是恒定的。
有必要指出，即使在一個(gè)運(yùn)算放大器的引入端使用一個(gè)電阻是已知的，并且特別是在所公開的現(xiàn)有技術(shù)中，該電阻作為一個(gè)能夠確定環(huán)路的放大系數(shù)的部件，但是，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有允許使用該電阻作為一個(gè)電子部件，以允許吸收通帶中諧振峰值的能量。
根據(jù)本發(fā)明的光度計(jì)的第一優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，對(duì)于一個(gè)約2.5KHZ的諧振峰值，該電阻值處于1MΩ和1.6MΩ之間。這使得放大器的增益在一個(gè)光度計(jì)的最通常通帶中明顯保持恒定。
根據(jù)本發(fā)明的光度計(jì)的第二優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，放大器包括一個(gè)引出端，用于提供一個(gè)與所述電流成比例的電壓信號(hào)，所述引出端鏈接到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器鏈接到一個(gè)抽樣單元，該抽樣單元用于對(duì)所述電壓信號(hào)抽樣并提供一組抽樣值。這使得可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字計(jì)算機(jī)處理。
優(yōu)選地，抽樣單元鏈接到一個(gè)累加器，該累加器用于累加預(yù)定數(shù)量的抽樣并確定它們的平均值。這使得可以減小電噪聲。


下面將借助顯示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。在附圖中圖1示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的光度計(jì)的電子電路。
圖2到6分別顯示在電阻為10KΩ，1MΩ，1.2MΩ，1.55MΩ，3.3MΩ時(shí)放大器的引出端的電壓隨頻率的變化曲線，和圖7顯示一個(gè)傳統(tǒng)光度計(jì)和根據(jù)本發(fā)明的光度計(jì)之間的信號(hào)差。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，相同標(biāo)號(hào)表示相同或相似元件。
圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明的光度計(jì)1的優(yōu)選實(shí)施例，其包括一個(gè)第一引入端，例如連接到光電二極管5的一個(gè)電位計(jì)型運(yùn)算放大器3的反相引入端，光電二極管5通過由一個(gè)并聯(lián)連接形成的等效電路表示，包括一個(gè)電容器、一個(gè)電阻和一個(gè)表示光電二極管的有源部分的電流源。光電二極管與一個(gè)電阻6串聯(lián)鏈接。
光電二極管最好包括一個(gè)熱敏電阻，該熱敏電阻測(cè)量形成了光電二極管的敏感層的硅層的溫度。熱敏電阻鏈接到一個(gè)使用珀?duì)柼?yīng)的光電元件，從而允許光電二極管的熱處理。
該差動(dòng)放大器的調(diào)節(jié)環(huán)路包括一個(gè)由電容器8和電阻9組成的并聯(lián)分支，鏈接到電阻10和電容器11的分支點(diǎn)。電容器8和該電阻形成放大器3的一個(gè)低通濾波器，使得可以減小噪聲。差動(dòng)放大器3的一個(gè)引出端鏈接到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器12，模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的引出端鏈接到一個(gè)抽樣單元13。該抽樣單元用于對(duì)轉(zhuǎn)換器12提供的數(shù)字電壓信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行抽樣。抽樣單元13的一個(gè)引出端鏈接到一個(gè)累加器14，累加器14用于累加預(yù)定數(shù)量的抽樣并確定它們的平均值。累加器鏈接到一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元15或一個(gè)發(fā)送單元16，以進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
光電二極管5把它拾取的光轉(zhuǎn)換為一個(gè)與所拾取光的強(qiáng)度成比例的電流。不采取特定的措施，放大器就無法在整個(gè)通帶中具有恒定增益。圖2顯示了在放大器3的引出端的線路16上的電壓Vout隨頻率的變化，其中在通帶中的約1.3KHZ頻率處觀察到諧振峰值。該諧振峰值是利用一個(gè)電阻6的值為10KΩ的光度計(jì)測(cè)量的。
令人驚奇的是，現(xiàn)在已經(jīng)可以確定，通過把電阻6的值設(shè)置為一個(gè)合適的值，有可能使通帶中的當(dāng)前諧振峰值平直。實(shí)際上，通過提高該電阻的值，有可能吸收光電二極管提供的能量，并因此使諧振峰值平直。如圖3所示，其中電阻6的值是1MΩ，通帶中諧振峰值的強(qiáng)度已經(jīng)顯著減小。僅在1.25KHZ附近剩余一個(gè)微弱的諧振峰值。如圖4所示，通過把電阻6的值增加到1.2MΩ，可以吸收更多能量，并且在電阻6的值是1.55MΩ時(shí)，所有能量被吸收并且增益在通帶中明顯是恒定的。有必要指出，上述測(cè)量是在環(huán)境溫度下進(jìn)行的。增益處于1和109。但是，應(yīng)該指出，在更高值的情況下，光度計(jì)的電子部件所產(chǎn)生的電噪聲不再是可忽略的。
把電阻的值提高到高于1.6MΩ是不明智的，因?yàn)樵诟咧档那闆r下，增益不再保持恒定。因此，如圖6所示，其中使用3.3MΩ的電阻值，在250HZ頻率處已經(jīng)出現(xiàn)電壓的下降。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器12最好以20比特操作，因?yàn)樗叭」獾膹?qiáng)度隨時(shí)間的變化速度通常不快。20比特字的序列被提供給抽樣器13，抽樣器13把這些字發(fā)送到累加器14。實(shí)際上，光度計(jì)產(chǎn)生兩個(gè)噪聲源，即電噪聲和光噪聲。電噪聲是高斯噪聲并且平均值是零。為了減小其影響，只需對(duì)放大器所提供的電壓值求平均值就可以了?，F(xiàn)在，累加器14可以累加預(yù)定數(shù)量(例如160個(gè))抽樣并確定其平均值。這使得可以提高信噪比，以及測(cè)量范圍的動(dòng)態(tài)特性，即完整范圍與所要測(cè)量的最小值之間的距離。因此提高了精度，并且對(duì)于4KHZ的抽樣頻率可以達(dá)到5.10-3％的精度值。
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的光度計(jì)具有明顯低于傳統(tǒng)光度計(jì)B的噪聲。
權(quán)利要求
1.光度計(jì)，包括一光電二極管，光電二極管用于產(chǎn)生與所拾取光的強(qiáng)度成比例的電流，光電二極管通過一個(gè)電阻的中介鏈接到一個(gè)配備有帶通濾波器的運(yùn)算放大器，其特征在于，以一定方式設(shè)置該電阻的值的大小以使濾波器的通帶中的諧振峰值平直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光度計(jì)，其特征在于，對(duì)于約2.5KHZ的諧振峰值，該電阻的值位于1MΩ和1.6MΩ之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光度計(jì)，其特征在于，放大器包括一引出端，該引出端用于提供一個(gè)與所述電流成比例的電壓信號(hào)，所述引出端鏈接到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器鏈接到一個(gè)抽樣單元，該抽樣單元用于對(duì)所述電壓信號(hào)抽樣并提供一組抽樣值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光度計(jì)，其特征在于，抽樣單元鏈接到一個(gè)累加器，該累加器用于累加預(yù)定數(shù)量的抽樣并確定它們的平均值。
全文摘要
光度計(jì)包括一光電二極管,光電二極管用于產(chǎn)生與所拾取光的強(qiáng)度成比例的電流,光電二極管通過一個(gè)電阻的中介鏈接到一個(gè)配備有帶通濾波器的運(yùn)算放大器,以一定方式設(shè)置該電阻的值的大小以使濾波器的通帶中的諧振峰值平直。
文檔編號(hào)H01L31/10GK1372634SQ00812544
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2000年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月6日
發(fā)明者尼古拉斯·馬丁 申請(qǐng)人:迪列日大學(xué)