一种提高光电信号信噪比的采集及处理电路制造技术

本发明专利技术公开了一种提高光电信号信噪比的采集及处理电路，该电路包括信号采集电路、信号处理电路、电源电路。外部光信号由光电二极管D1接收转化为微弱的电流信号，经光电转换电路11将电流信号转化为电压信号，并由电压放大电路12对电压信号进行放大，完成信号的采集过程，得到电压信号signal1。电压信号signal1经低通滤波电路21滤除信号的高频谐波，再通过电压放大及电平调节电路22、电压比较电路23，实现电压信号的放大和直流电平的调整，将正弦信号转化为方波信号squarewave输出。该信号采集及处理电路能够实现对光信号的采集并进行光电转换及信号处理，具有结构原理简单、调节灵活、可靠性高的特点。

Acquisition and processing circuit for improving signal to noise ratio of photoelectric signal

The invention discloses an acquisition and processing circuit for improving the signal-to-noise ratio of a photoelectric signal, which comprises a signal acquisition circuit, a signal processing circuit and a power supply circuit. The external optical signal received by the photodiode D1 into weak current signal, through the photoelectric conversion circuit 11 converts current signal into voltage signal, and a voltage amplifier 12 to voltage signal, complete the signal acquisition process, voltage signal signal1. Signal1 high frequency harmonic voltage signal through low-pass filter circuit 21 filter signal, the voltage amplifier and voltage regulator circuit 22, a voltage comparison circuit 23, voltage signal amplification and DC level adjustment, sine wave into the output signal of squarewave. The signal acquisition and processing circuit can realize optical signal acquisition, photoelectric conversion and signal processing, and has the advantages of simple structure, flexible adjustment and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种提高光电信号信噪比的采集及处理电路
本专利技术涉及一种光电信号采集及处理电路，属于光电信号采集

技术介绍
目前，对于光信号的采集，往往采用光敏电阻、光电二极管等感光元器件来实现。光电二极管接收外部光信号的变化，输出信号是一个电流信号；而且在距离探测目标较远时，光电二极管接收的光信号非常微弱，在预定电压偏置下输出的电流会比较小。通常情况下，电流信号的采集和处理都是比较困难的，故需对光电二极管接受的信号进行电流到电压的转化。微弱电流信号转化而来的电压信号一般也是微弱的信号，并耦合进交流噪声。为了提高采集信号的信噪比，需对微弱的电压信号进行滤波、放大处理，以便得到能够可靠反映光信号变化的电压信号输出。对于一般的信号采集及处理电路，直流电平的调节往往利用电容“通交流隔直流”的特点来实现。但是，在实际电路设计中电容去直流效果欠佳，很难得到稳定的交流信号；本专利技术设计一种电位器调节直流电平的方法，操作简单，调节灵活，可以得到单一的交流信号输出。同时，本专利技术最终可得到能够可靠反映光信号变化的方波信号输出，便于后期对光信号变化的分析处理，譬如为实现激光干涉设备的计数功能提供原始信号。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种光电信号采集及处理电路，以期提高采集信号的信噪比。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种光电信号采集及处理电路，该电路包括信号采集电路1、信号处理电路2和电源电路3。信号采集电路1包括一个光电转换电路11和一个电压放大电路12。光电转换电路11用于将光信号转化为电信号，光电转换电路11包括一个运算放大器U1A，光电二极管D1，电阻R1、R2、RF1和电容C1、C2、C3。电阻R1和光电二极管D1串联，电阻R1的另一端接正电源V+，光电二极管D1的另一端接运算放大器U1A的负输入端2；电容C1一端接电阻R1和光电二极管D1的串联节点，另一端接地GND；电阻R2和电容C2并联一端接运算放大器U1A的正输入端3，另一端接地GND；电阻RF1和电容C3并联一端接运算放大器U1A的负输入端2，另一端接U1A的输出端1；运算放大器U1A的供电端4接负电源V-，供电端8接正电源V+。电压放大电路12实现对光电转换电路11输出信号的电压放大，包括一个运算放大器U1B，电阻R3、R4、R5，电位器RF2和电容C4、C5。电阻R3一端与光电转换电路11的U1A输出端1相连，另一端连接运算放大器U1B的负输入端6；电阻R4和电容C4并联一端接运算放大器U1B的正输入端5，另一端接地GND；电阻R5和电位器RF2串联后与电容C5并联一端接运算放大器U1B的负输入端6，另一端接U1B的输出端7；运算放大器U1B的供电端4接负电源V-，供电端8接正电源V+。电压放大电路12的输出信号为signal1。信号处理电路2包括低通滤波电路21、电压放大及电平调节电路22和电压比较电路23。低通滤波电路21为二阶有源低通滤波电路，滤除输入信号的高频谐波，低通滤波电路21包括一个运算放大器U2A，电阻R6、R7、R8、R9和电容C6、C7。电阻R6、R7串联，电阻R6另一端接电压放大电路12的输出信号signal1，电阻R7另一端接运算放大器U2A的正输入端3；电阻R8一端接运算放大器U2A的负输入端2，另一端接地GND；电阻R9一端接运算放大器U2A的负输入端2，另一端接U2A的输出端1；电容C6一端接电阻R6、R7的串联节点，另一端接运算放大器U2A的输出端1；电容C7一端接运算放大器U2A的正输入端3，另一端接地GND。R＝R6＝R7，C＝C6＝C7，输出信号的截止频率由R和C确定。电压放大及电平调节电路22实现信号的电压放大，并调节信号的直流电平，包括一个运算放大器U2B，电位器RF3、RF4，电阻R10、R11和电容C8、C9、C10。电阻R10一端接低通滤波电路21的U2A输出端1，另一端接运算放大器U2B的负输入端6；电容C8一端接低通滤波电路21的U2A输出端1，另一端接地GND；电阻R11和电容C9并联一端接运算放大器U2B的正输入端5，另一端接电位器RF3的引脚2；电位器RF3的引脚1接负电源V-，引脚3接正电源V+；电位器RF4与电容C10并联一端接运算放大器U2B的负输入端6，另一端接U2B的输出端7；运算放大器U2B的供电端4接负电源V-，供电端8接正电源V+。电压比较电路23实现电压的过零比较，将正弦信号转化为方波信号，包括一个运算放大器U3A和一个电阻R12。电阻R12一端接电压放大及电平调节电路22的U2B输出端7，另一端接运算放大器U3A的负输入端2；运算放大器U3A的正输入端3接地GND，供电端4接地GND，供电端8接正电源+5V。电压比较电路23的输出信号为squarewave。电源电路3与信号采集电路1和信号处理电路2连接，实现对信号采集电路1和信号处理电路2的供电，电源电路3包括电容C11、C13和电解电容C12、C14。电解电容C12与电容C11并联，正端接地GND，负端接负电源V-。电解电容C14与电容C12并联，正端接正电源V+，负端接地GND。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术具有电路结构简单、信号采集及处理实施方便的优点；2、本专利技术集成了光电转换、电压放大、滤波、电平调节多种电路，使得到的电信号可以较可靠的反映外部光信号的变化；3、本专利技术的信号处理电路调节灵活，便于操作；4、本专利技术电路适用于光信号采集并进行光电转换及信号处理，应用范围广，选用普通的电子元件即可实现，成本很低。附图说明图1是本专利技术的信号采集及处理电路结构示意图；图中：1、信号采集电路，2、信号处理电路，3、电源电路，11、光电转换电路，12、电压放大电路，21、低通滤波电路，22、电压放大及电平调节电路，23、电压比较电路。具体实施方式本专利技术提出一种光电信号采集及处理电路，能够适用各种光信号的采集并进行信号处理的场合。一种光电信号采集及处理电路，具体包括信号采集电路、信号处理电路、电源电路。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，一种光电信号采集及处理电路，该电路包括信号采集电路1、信号处理电路2和电源电路3。信号采集电路1包括一个光电转换电路11和一个电压放大电路12。光电转换电路11用于将光信号转化为电信号，包括一个运算放大器U1A，光电二极管D1，电阻R1、R2、RF1和电容C1、C2、C3。电阻R1和光电二极管D1串联，电阻R1的另一端接正电源V+，光电二极管D1的另一端接运算放大器U1A的负输入端2；电容C1一端接电阻R1和光电二极管D1的串联节点，另一端接地GND；电阻R2和电容C2并联一端接运算放大器U1A的正输入端3，另一端接地GND；电阻RF1和电容C3并联一端接运算放大器U1A的负输入端2，另一端接U1A的输出端1；运算放大器U1A的供电端4接负电源V-，供电端8接正电源V+。电压放大电路12实现对光电转换电路11输出信号的电压放大，包括一个运算放大器U1B，电阻R3、R4、R5，电位器RF2和电容C4、C5。电阻R3一端与光电转换电路11的U1A输出端1相连，另一端连接运算放大器U1B的负输入端6；电阻R4和电容C4并联一端接运算放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高光电信号信噪比的采集及处理电路，其特征在于：该电路包括信号采集电路(1)、信号处理电路(2)和电源电路(3)；信号采集电路(1)包括一个光电转换电路(11)和一个电压放大电路(12)；光电转换电路(11)用于将光信号转化为电信号，光电转换电路(11)包括一个运算放大器U1A，光电二极管D1，电阻R1、R2、RF1和电容C1、C2、C3；电阻R1和光电二极管D1串联，电阻R1的另一端接正电源V+，光电二极管D1的另一端接运算放大器U1A的负输入端2；电容C1一端接电阻R1和光电二极管D1的串联节点，另一端接地GND；电阻R2和电容C2并联一端接运算放大器U1A的正输入端3，另一端接地GND；电阻RF1和电容C3并联一端接运算放大器U1A的负输入端2，另一端接U1A的输出端1；运算放大器U1A的供电端4接负电源V‑，供电端8接正电源V+；电压放大电路(12)实现对光电转换电路(11)输出信号的电压放大，包括一个运算放大器U1B，电阻R3、R4、R5，电位器RF2和电容C4、C5；电阻R3一端与光电转换电路(11)的U1A输出端1相连，另一端连接运算放大器U1B的负输入端6；电阻R4和电容C4并联一端接运算放大器U1B的正输入端5，另一端接地GND；电阻R5和电位器RF2串联后与电容C5并联一端接运算放大器U1B的负输入端6，另一端接U1B的输出端7；运算放大器U1B的供电端4接负电源V‑，供电端8接正电源V+；电压放大电路(12)的输出信号为signal1；信号处理电路(2)包括低通滤波电路(21)、电压放大及电平调节电路(22)和电压比较电路(23)；低通滤波电路(21)为二阶有源低通滤波电路，滤除输入信号的高频谐波，低通滤波电路(21)包括一个运算放大器U2A，电阻R6、R7、R8、R9和电容C6、C7；电阻R6、R7串联，电阻R6另一端接电压放大电路(12)的输出信号signal1，电阻R7另一端接运算放大器U2A的正输入端3；电阻R8一端接运算放大器U2A的负输入端2，另一端接地GND；电阻R9一端接运算放大器U2A的负输入端2，另一端接U2A的输出端1；电容C6一端接电阻R6、R7的串联节点，另一端接运算放大器U2A的输出端1；电容C7一端接运算放大器U2A的正输入端3，另一端接地GND；R＝R6＝R7，C＝C6＝C7，输出信号的截止频率由R和C确定；电压放大及电平调节电路(22)实现信号的电压放大，并调节信号的直流电平，包括一个运算放大器U2B，电位器RF3、RF4，电阻R10、R11和电容C8、C9、C10；电阻R10一端接低通滤波电路(21)的U2A输出端1，另一端接运算放大器U2B的负输入端6；电容C8一端接低通滤波电路(21)的U2A输出端1，另一端接地GND；电阻R11和电容C9并联一端接运算放大器U2B的正输入端5，另一端接电位器RF3的引脚2；电位器RF3的引脚1接负电源V‑，引脚3接正电源V+；电位器RF4与电容C10并联一端接运算放大器U2B的负输入端6，另一端接U2B的输出端7；运算放大器U2B的供电端4接负电源V‑，供电端8接正电源V+；电压比较电路(23)实现电压的过零比较，将正弦信号转化为方波信号，包括一个运算放大器U3A和一个电阻R12；电阻R12一端接电压放大及电平调节电路(22)的U2B输出端7，另一端接运算放大器U3A的负输入端2；运算放大器U3A的正输入端3接地GND，供电端4接地GND，供电端8接正电源+5V；电压比较电路(23)的输出信号为squarewave；电源电路(3)与信号采集电路1和信号处理电路2连接，实现对信号采集电路(1)和信号处理电路(2)的供电，电源电路(3)包括电容C11、C13和电解电容C12、C14；电解电容C12与电容C11并联，正端接地GND，负端接负电源V‑；电解电容C14与电容C12并联，正端接正电源V+，负端接地GND。...

【技术特征摘要】
1.一种提高光电信号信噪比的采集及处理电路，其特征在于：该电路包括信号采集电路(1)、信号处理电路(2)和电源电路(3)；信号采集电路(1)包括一个光电转换电路(11)和一个电压放大电路(12)；光电转换电路(11)用于将光信号转化为电信号，光电转换电路(11)包括一个运算放大器U1A，光电二极管D1，电阻R1、R2、RF1和电容C1、C2、C3；电阻R1和光电二极管D1串联，电阻R1的另一端接正电源V+，光电二极管D1的另一端接运算放大器U1A的负输入端2；电容C1一端接电阻R1和光电二极管D1的串联节点，另一端接地GND；电阻R2和电容C2并联一端接运算放大器U1A的正输入端3，另一端接地GND；电阻RF1和电容C3并联一端接运算放大器U1A的负输入端2，另一端接U1A的输出端1；运算放大器U1A的供电端4接负电源V-，供电端8接正电源V+；电压放大电路(12)实现对光电转换电路(11)输出信号的电压放大，包括一个运算放大器U1B，电阻R3、R4、R5，电位器RF2和电容C4、C5；电阻R3一端与光电转换电路(11)的U1A输出端1相连，另一端连接运算放大器U1B的负输入端6；电阻R4和电容C4并联一端接运算放大器U1B的正输入端5，另一端接地GND；电阻R5和电位器RF2串联后与电容C5并联一端接运算放大器U1B的负输入端6，另一端接U1B的输出端7；运算放大器U1B的供电端4接负电源V-，供电端8接正电源V+；电压放大电路(12)的输出信号为signal1；信号处理电路(2)包括低通滤波电路(21)、电压放大及电平调节电路(22)和电压比较电路(23)；低通滤波电路(21)为二阶有源低通滤波电路，滤除输入信号的高频谐波，低通滤波电路(21)包括一个运算放大器U2A，电阻R6、R7、R8、R9和电容C6、C7；电阻R6、R7串联，电阻R6另一端接电压放大电路(12)的输出信号signal1，电阻R7另一端接运算放大器U2A的正输入端3；电阻R8一端接运算放大器U2A的负输入端2，另一端接地GND；电阻R9一端接运算放大器U2A的负输入端2，另一端接U2A的输出端1；电容C6一端接电阻R6、R7的串联节点，另一端接运算放大器U2A的输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪芳，孙衍强，石照耀，宋辉旭，王亚韦，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11