平衡光電探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的平衡光電探測(cè)器，通過采集兩個(gè)串聯(lián)連接的光電二極管連接節(jié)點(diǎn)處獲的電流差值I3；并將其轉(zhuǎn)化為電壓，對(duì)該電壓進(jìn)行放大后輸出。本實(shí)用新型通過使兩光電二極管的偏置電壓可調(diào)，在調(diào)試過程中，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)兩個(gè)光電二極管的偏置電壓，以達(dá)到兩個(gè)光電二極管響應(yīng)系數(shù)一致，進(jìn)而達(dá)到平衡探測(cè)器測(cè)量的目的，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
【專利說明】
平衡光電探測(cè)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于光電探測(cè)器領(lǐng)域，尤其是涉及一種平衡光電探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在以往探測(cè)系統(tǒng)中的平衡光電探測(cè)器需要使用一對(duì)性能對(duì)稱的光電探測(cè)器，首先必須挑選性能對(duì)稱的電子元器件，這就使得設(shè)計(jì)一個(gè)完全對(duì)稱的平衡光電探測(cè)器有了難度，如何設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、避免由于器件的不對(duì)稱給光電轉(zhuǎn)換過程及光電流轉(zhuǎn)換放大過程引入放大噪聲的光電探測(cè)器成為本領(lǐng)域技術(shù)人員研究的課題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實(shí)用新型旨在提出一種結(jié)構(gòu)簡單，且可以避免由于器件的不對(duì)稱給光電轉(zhuǎn)換過程及光電流轉(zhuǎn)換放大過程引入放大噪聲的平衡光電探測(cè)器。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種平衡光電探測(cè)器，包括順序連接的光電流信號(hào)采集模塊、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊和電壓信號(hào)輸出模塊;所述光電流信號(hào)采集模塊包括兩個(gè)類別、型號(hào)均相同的光電二極管Dl和光電二極管D2，所述光電二極管Dl的負(fù)極連接可調(diào)正偏置電壓，光電二極管Dl正極與光電二極管D2負(fù)極相連，所述光電二極管D2正極連接可調(diào)負(fù)偏置電壓，所述光電二極管Dl正極與所述光電二極管D2負(fù)極連接節(jié)點(diǎn)處獲取兩串聯(lián)光電二極管的電流差值13;所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊包括對(duì)差值電流信號(hào)13轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的跨阻放大器U3，及對(duì)這個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)一步放大的運(yùn)算放大器U4;電壓信號(hào)輸出模塊的第二路SMA2的輸入端與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接。
[0006]所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊還包括將光電二極管Dl產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)化為單路監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)的第一儀表放大器Ul，所述第一儀表放大器Ul的輸出端與所述電壓信號(hào)輸出模塊的第一路SMAl的輸入端連接;所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊還包括將光電二極管D2產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)化為單路監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)的第二儀表放大器U5，所述第二儀表放大器U5的輸出端與所述電壓信號(hào)輸出模塊的第三路SMA3的輸入端連接。
[0007]所述光電二極管Dl的負(fù)極與可調(diào)正偏置電壓之間連接限流電阻Rl，所述光電二極管D2的正極與可調(diào)負(fù)偏置電壓之間連接限流電阻R13;所述正偏置電壓由第一線性正壓穩(wěn)壓器U2及其外圍電路:電容C2、電容C3、電阻R3和可調(diào)電阻R4來提供；負(fù)偏置電壓由第二線性負(fù)壓穩(wěn)壓器U6及其外圍電路:可調(diào)電阻R14、電阻R15、電容C13和電容C12來提供。
[0008]所述跨阻放大器為0PA657U，所述運(yùn)算放大器為THS3091，所述運(yùn)算放大器的反相端與所述跨阻放大器的輸出點(diǎn)之間設(shè)有電阻R7，所述運(yùn)算放大器的正相端與地之間設(shè)有串聯(lián)連接的電阻R9和可變電阻R10，所述運(yùn)算放大器的反相端與輸出端之間跨接電阻R5。
[0009]所述第一儀表放大器Ul為INA126U及其外圍電路:電阻R2，所述第一儀表放大器U5為INA126U及其外圍電路:電阻R12;所述第一儀表放大器Ul的同相端連接所述可調(diào)正偏置電壓，所述第一儀表放大器Ul的反相端連接所述光電二極管Dl的負(fù)極;所述第二儀表放大器U2的反相端連接所述可調(diào)負(fù)偏置電壓，所述第二儀表放大器Ul的同相端連接所述光電二極管D2的正極。
[00? O]所述電壓輸出模塊的第一路SMAl與所述第一儀表放大器UI的輸出端之間設(shè)有濾波電容Cl，所述電壓輸出模塊的第三路SMA3與所述第二儀表放大器U5的輸出端之間設(shè)有濾波電容C1。
[0011 ]所述兩個(gè)光電二極管電子特性相同。
[0012]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述的平衡光電探測(cè)器具有以下優(yōu)勢(shì):
[0013](I)本實(shí)用新型所述的平衡光電探測(cè)器通過使兩個(gè)光電二極管的偏置電壓可調(diào)，在調(diào)試過程中，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)兩個(gè)光電二極管的偏置電壓，以達(dá)到兩個(gè)光電二極管響應(yīng)系數(shù)一致，進(jìn)而達(dá)到平衡探測(cè)器測(cè)量的目的；這樣就避免了制作一對(duì)對(duì)稱探測(cè)器的工作，同時(shí)也避免了由于器件的不對(duì)稱給光電轉(zhuǎn)換過程及光電流轉(zhuǎn)換放大過程引入放大噪聲，而且本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低；
[0014](2)每個(gè)光電二極管的電流信號(hào)經(jīng)儀表放大器放大后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出可以對(duì)單路電壓進(jìn)行顯示，同時(shí)也可以監(jiān)測(cè)該路器件的故障情況，方便監(jiān)測(cè)；
[0015](3)可調(diào)正偏置電壓和負(fù)偏置電壓提供電路采用低噪聲、微功率線性穩(wěn)壓器，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低、噪聲??；
[0016](4)跨阻放大器為0PA657U，其本身具有1.66取的高增益帶寬積、±0.2511^的輸入偏置電壓、2pA的輸入偏置電流和70mA高輸出電流等優(yōu)點(diǎn);運(yùn)算放大器為THS3091，其本身具有7300V/ys的高壓擺率、270MHz寬帶寬響應(yīng)、能夠提供±250mA驅(qū)動(dòng)電流和±5V到±5V寬電源電壓供電等優(yōu)點(diǎn)，選用的這兩個(gè)芯片外圍電路少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性能穩(wěn)定；
[0017](5)儀表放大器選用INA126U優(yōu)點(diǎn):其本身具有的低漂移、低功耗、高共模抑制比、寬電源供電范圍及小體積等一系列優(yōu)點(diǎn)，它利用的是差分小信號(hào)疊加在較大的共模信號(hào)之上的特性，能夠去除共模信號(hào)，而又同時(shí)將差分信號(hào)放大；
[0018](6)電壓輸出模塊與各放大器之間的濾波電容的設(shè)置，提高輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性；
[0019](7)兩個(gè)光電二極管電子特性相同，方便調(diào)節(jié)，節(jié)省調(diào)試時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0020]構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1為本實(shí)用新型的電路方框圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型的電路連接示意圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]需要說明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0025]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0026]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0027]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0028]如圖1、2、3，本實(shí)用新型介紹一種平衡光電探測(cè)器，包括順序連接的光電流信號(hào)采集模塊3，電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊4，電壓信號(hào)輸出模塊5;所述光電流信號(hào)采集模塊3包括兩個(gè)類另1J、型號(hào)相同的光電二極管Dl和光電二極管D2，在光電二極管Dl的負(fù)極連接可調(diào)正偏置電壓1，光電二極管Dl正極與光電二極管D2負(fù)極相連，在光電二極管D2正極連接可調(diào)負(fù)偏置電壓2，在節(jié)點(diǎn)A處利用基爾霍夫電流定律獲取兩串聯(lián)光電二極管的電流差值13;電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊4包括將光電二極管Dl產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)化為單路監(jiān)測(cè)的電壓信號(hào)的第一儀表放大器U1、光電二極管D2產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)化為單路監(jiān)測(cè)的電壓信號(hào)的第二儀表放大器U5，對(duì)差值電流信號(hào)13轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的跨阻放大器U3，再對(duì)這個(gè)電壓信號(hào)放大的運(yùn)算放大器U4;電壓信號(hào)輸出模塊5的輸入端分別接到運(yùn)算放大器U4、第一儀表放大器Ul和第二儀表放大器U5的輸出端。
[0029]如圖3，本實(shí)用新型串聯(lián)的兩個(gè)光電二極管應(yīng)選用兩個(gè)電子特性相同的PIN光電二極管，以保證它們的響應(yīng)系數(shù)、響應(yīng)速度盡量一致使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。光電二極管Dl的偏置電壓由U2(MIC5205)給定，U2輸出的電壓是一個(gè)可調(diào)電壓，調(diào)節(jié)R4可改變OUT端輸出電壓，可調(diào)范圍為O—8V。流過Dl的電流也就是流過Rl的電流，Rl的電壓被Ul正相端和反相端采集，通過控制R2阻值的大小可控制第一儀表放大器Ul的放大倍數(shù)從而控制SMAl輸出電壓的放大倍數(shù)。光電二極管D2的偏置電壓由U6 (LT1964)給定，U6輸出的電壓是一個(gè)可調(diào)電壓，調(diào)節(jié)R14可改變OUT端輸出電壓，可調(diào)范圍為-8—OV ο流過D2的電流也就是流過Rl 3的電流，Rl 3的電壓被U6正相端和反相端采集，通過控制R12阻值的大小可控制第二儀表放大器U5的放大倍數(shù)從而控制SMA3輸出電壓的放大倍數(shù)。
[0030]D1、D2的電流差信號(hào)流進(jìn)由U3(0PA657U)和外圍電路組成的跨阻放大器的反相端，C4、C5、C7和C8為U3的濾波電容，更換Rl I電阻阻值，可調(diào)節(jié)由電流轉(zhuǎn)化成電壓的放大倍數(shù)，轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)接到由U4(THS3091)和外圍電路構(gòu)成的反相運(yùn)算放大器，放大倍數(shù)為-(R5/R7)，R9、R10可調(diào)節(jié)U4的正向偏置電流。由反相運(yùn)算放大器放大后的電壓信號(hào)由SMA2輸出。
[0031]因?yàn)閮蓚€(gè)光電二極管電子性能不可能完全一致，那么使兩個(gè)光電二極管的偏置電壓可調(diào)，在調(diào)試過程中，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)兩個(gè)光電二極管的偏置電壓，以達(dá)到兩個(gè)光電二極管響應(yīng)系數(shù)一致達(dá)到平衡探測(cè)器測(cè)量作用。
[0032]探測(cè)器的無光噪聲是一個(gè)很重要的參數(shù)，在調(diào)試過程中，用示波器觀察U2波形，可調(diào)節(jié)RlO使波形處于最大噪聲和最小噪聲的中間值，只要供電電源的噪聲足夠小，設(shè)計(jì)的平衡探測(cè)器的無光噪聲也很小。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平衡光電探測(cè)器，其特征在于:包括順序連接的光電流信號(hào)采集模塊、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊和電壓信號(hào)輸出模塊;所述光電流信號(hào)采集模塊包括兩個(gè)類別、型號(hào)均相同的光電二極管Dl和光電二極管D2，所述光電二極管Dl的負(fù)極連接可調(diào)正偏置電壓，光電二極管Dl正極與光電二極管D2負(fù)極相連，所述光電二極管D2正極連接可調(diào)負(fù)偏置電壓，所述光電二極管Dl正極與所述光電二極管D2負(fù)極連接節(jié)點(diǎn)處獲取兩串聯(lián)光電二極管的電流差值13;所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊包括對(duì)差值電流信號(hào)13轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的跨阻放大器U3，及對(duì)這個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)一步放大的運(yùn)算放大器U4;電壓信號(hào)輸出模塊的第二路SMA2的輸入端與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡光電探測(cè)器，其特征在于:所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊還包括將光電二極管Dl產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)化為單路監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)的第一儀表放大器U1，所述第一儀表放大器Ul的輸出端與所述電壓信號(hào)輸出模塊的第一路SMAl的輸入端連接;所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊還包括將光電二極管D2產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)化為單路監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)的第二儀表放大器U5，所述第二儀表放大器U5的輸出端與所述電壓信號(hào)輸出模塊的第三路SMA3的輸入端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡光電探測(cè)器，其特征在于:所述光電二極管Dl的負(fù)極與可調(diào)正偏置電壓之間連接限流電阻R1，所述光電二極管D2的正極與可調(diào)負(fù)偏置電壓之間連接限流電阻R13;所述正偏置電壓由第一線性正壓穩(wěn)壓器U2及其外圍電路:電容C2、電容C3、電阻R3和可調(diào)電阻R4來提供；負(fù)偏置電壓由第二線性負(fù)壓穩(wěn)壓器U6及其外圍電路:可調(diào)電阻R14、電阻R15、電容C13和電容C12來提供。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平衡光電探測(cè)器，其特征在于:所述跨阻放大器為0PA657U，所述運(yùn)算放大器為THS3091，所述運(yùn)算放大器的反相端與所述跨阻放大器的輸出點(diǎn)之間設(shè)有電阻R7，所述運(yùn)算放大器的正相端與地之間設(shè)有串聯(lián)連接的電阻R9和可變電阻R10，所述運(yùn)算放大器的反相端與輸出端之間跨接電阻R5。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平衡光電探測(cè)器，其特征在于:所述第一儀表放大器Ul為INA126U及其外圍電路:電阻R2，所述第一儀表放大器U5為INA126U及其外圍電路:電阻R12;所述第一儀表放大器Ul的同相端連接所述可調(diào)正偏置電壓，所述第一儀表放大器Ul的反相端連接所述光電二極管Dl的負(fù)極;所述第二儀表放大器U2的反相端連接所述可調(diào)負(fù)偏置電壓，所述第二儀表放大器Ul的同相端連接所述光電二極管D2的正極。6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的平衡光電探測(cè)器，其特征在于:所述電壓輸出模塊的第一路SMAI與所述第一儀表放大器UI的輸出端之間設(shè)有濾波電容CI，所述電壓輸出模塊的第三路SMA3與所述第二儀表放大器U5的輸出端之間設(shè)有濾波電容Cl O。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的平衡光電探測(cè)器，其特征在于:所述兩個(gè)光電二極管電子特性相同。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平衡光電探測(cè)器，其特征在于:所述兩個(gè)光電二極管電子特性相同。
【文檔編號(hào)】H01L31/105GK205452318SQ201520986699
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日
【發(fā)明人】耭建學(xué), 李偉俊, 楊冬霞
【申請(qǐng)人】天津飛訊偉業(yè)科技有限公司