低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及光电信号处理技术领域，尤其是一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，包括干涉信号光电转换电路、直流偏置消除电路、电压幅值自动调整电路和处理器，所述干涉信号光电转换电路用于接收干涉条纹并输出光电数字信号输出，所述直流偏置消除电路接收光电数字信号后进行直流分量调零处理，所述电压幅值自动调整电路分别与直流偏置消除电路和处理器连接，用于调整输入处理器内的电压值符合处理要求，所述处理器分别连接直流偏置消除电路和电压幅值自动调整电路，本发明专利技术能够自动消除背景的影响,尽量适应不同背景光条件。

A circuit for automatic zero adjustment and amplitude modulation in a low contrast interference system and its application

The present invention relates to the technical field of photoelectric signal processing circuit, especially a low contrast interference system of automatic zero adjustment and modulation, including the interference signal of photoelectric conversion circuit, DC offset cancellation circuit, automatically adjust the voltage amplitude and the processor, the interference signals of the photoelectric conversion circuit is used for receiving the interference fringes and the output of photoelectric digital signal the output of the DC component processing zero DC offset cancellation circuit receives the digital signal after photoelectric, the amplitude of voltage automatic adjusting circuit are respectively connected with the DC offset cancellation circuit and the processor, the processor is used to adjust the input voltage value to meet the processing requirements, the processor is respectively connected with the DC offset cancellation circuit and voltage automatic adjusting circuit and the invention can automatically eliminate the effect of background, to adapt to different background light conditions.

【技术实现步骤摘要】
低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路及其使用方法
本专利技术涉及光电信号处理
，具体领域为一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路及其使用方法。
技术介绍
干涉测量是常用的精密测量方法之一，干涉条纹的质量和信号处理方法是影响测量精度的重要因数。接受干涉条纹的器件主要有CCD,PSD和光电二极管等，光电二极管由于成本低，响应速度快，是常用的干涉条纹光电探测器。采用光电二极管将干涉条纹转为电信号，电流比较弱，需要进行三极管和运放进行放大。但如果产生干涉条纹的两束光的强度不一致时，会导致的对比度变化。在干涉测量中对比度是一项重要指标，对比度过低，影响条纹的记录和判读，对后续的信号处理增加了难度。对比度低一般是由于产生干涉的两束光的强度不一致造成，且强度差越大，干涉条纹对比度越低。为了提高干涉信号的对比度，常采用分束器和衰减器通过手动的方式使两束光的强度大致相等，还可以利用偏振片消除杂散光的方法，还有研究者利用数字滤波的方式对数字化后的信号进行处理，减小噪声的影响，但因原始信号的对比度低，数字滤波的效果有限。低对比度干涉信号的直流分量属于干涉背景信号，在信号放大之前必须消除，否则导致后期放大信号的饱合，影响测量，为此如何消除直流分量是进行干涉信号进一步处理的关键。目前干涉条纹的放大电路采用固定的放大倍数，如果干涉测量过程中，针对不同被测表面，信号起伏变化比较大时，则容易出现放大电路饱和或者信号过小的现象，导致测量结果不正确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，以解决现有技术中对比度过低，影响条纹的记录和判读，对后续的信号处理增加了难度的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，包括干涉信号光电转换电路、直流偏置消除电路、电压幅值自动调整电路和处理器，所述干涉信号光电转换电路用于接收干涉条纹并输出光电数字信号输出，所述直流偏置消除电路接收光电数字信号后进行直流分量调零处理，所述电压幅值自动调整电路分别与直流偏置消除电路和处理器连接，用于调整输入处理器内的电压值符合处理要求，所述处理器分别连接直流偏置消除电路和电压幅值自动调整电路。优选的，所述干涉信号光电转换电路包括第一光电二极管、第二光电二极管、第一三极管和第二三极管，所述第一光电二极管的输入端连接外部电源、输出端连接第一三极管的基极、第一三极管的发射极接地，所述第二光电二极管的输入端连接外部电源、输出端连接第二三极管的基极、第二三极管的发射极接地。优选的，所述直流偏置消除电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三三极管、第四三极管、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一电阻的一端连接外部电源，另一端连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极连接外部电源，发射连接第一三极管的集电极，所述第一运算放大器的负极输入端连接第三三极管的发射极，所述第二电阻的一端连接在第一运算放大器的负极输入端与第一运算放大器的输出端之间，所述第三电阻的一端连接外部电源，另一端连接第四三极管的基极，第四三极管的集电极连接外部电源，发射连接第二三极管的集电极，所述第二运算放大器的负极输入端连接第四三极管的发射极，所述第四电阻的一端连接在第二运算放大器的负极输入端与第二运算放大器的输出端之间。优选的，所述电压幅值自动调整电路包括第三运算放大器、第四运算放大器和数字电位器，所述第三运算放大器的负极输入端连接第一运算放大器的输出端，正极输入端连接外部电源，输出端连接数字电位器的W1端，所述第四运算放大器的负极输入端连接第二运算放大器的输出端，正极输入端连接第三运算放大器的正极输入端，输出端连接数字电位器的W2端，所述数字电位器的P1端连接第三运算放大器的负极输入端，P2端连接第四运算放大器的负极输入端，所述数字电位器的的输入端连接单片机的输出端。优选的，所述处理器为单片机，单片机的DAC1端连接第一运算放大器的正极输入端，V1端连接第一运算放大器的输出端，单片机的DAC2端连接第二运算放大器的正极输入端，V2端连接第二运算放大器的输出端。为实现上述目的，本专利技术还提供如下技术方案：一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路的使用方法，其步骤为：(1)、干涉条纹由两个光电二极管接收；(2)、第一运算放大器的输出电压V1通过AD采集到单片机中，通过软件算法判断直流偏置的大小，然后单片机输出电压Vd1；(3)、若放大倍数都为β，则流过第一三极管集电极的电流有如下关系：其中，I光为光电二极管转换的电流，0.7为基极导通电压，上式表明流过第一三极管中集电极的电流由流经第二三极管发射极的直流分量和经过第二电阻的电流组成；(4)、单片机根据采集到的V1大小，通过DA转换调整输入到DAC1引线上电压Vd1的大小，使得βI光的直流分量主要由第一个三极管提供，大小为则流经第二电阻R2的为低对比度的交流电流，反映干涉条纹的明暗规律；(5)、第三运算放大器的同相输入端接入VCC/2的参考电压，反相由电阻R3和数字电位器构成放大系数，数字电位器芯片与单片机相连，通过单片机控制输入到SCL1和SDA1引脚信号，能够改变P1和W1之间的电阻值；(6)、单片机采集第三运算放大器的输出电压V2，根据电压值动态调整P1与W1之间的电阻值，由于电阻R3不变，第三运算放大器的输出电压将根据数字电位器的阻值调整而改变，当输出电压V2达到信号处理范围要求，则完成幅值调整；(7)、第二光电二极管相连的电路采用步骤(2)至步骤(6)的方式进行电路调整；(8)、当两路信号都完成幅值自动调整后，单片机停止调整，并将两路消除了直流偏置和幅值满足条件的电压Va和Vb采集到单片机中，进行后续的干涉信号处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)自动消除背景的影响,尽量适应不同背景光条件(2)具有足够的放大倍数,三极管先放大,运放后转换；(3)既可以防止饱合,也能调整到适合的放大倍数.避免了人工手动调整的不准确与响应过慢的缺点.充分利用软件的识别优势与控制算法以及强大的硬件功能。附图说明图1为本专利技术的电路系统原理框图；图2为本专利技术的电路原理图；图3为本专利技术的电路工作流程图。图中：1、第一光电二极管；2、第二光电二极管；3、第一三极管；4、第二三极管；5、第一电阻；6、第二电阻；7、第三电阻；8、第四电阻；9、第三三极管；10、第四三极管；11、第一运算放大器；12、第二运算放大器；13、第三运算放大器；14、第四运算放大器；15、数字电位器；16、处理器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1至2，本专利技术提供一种技术方案：一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，包括干涉信号光电转换电路、直流偏置消除电路、电压幅值自动调整电路和处理器16，所述干涉信号光电转换电路用于接收干涉条纹并输出光电数字信号输出，所述直流偏置消除电路接收光电数字信号后进行直流分量调零处理，所述电压幅值自动调整电路分别与直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，其特征在于：包括干涉信号光电转换电路、直流偏置消除电路、电压幅值自动调整电路和处理器(16)，所述干涉信号光电转换电路用于接收干涉条纹并输出光电数字信号输出，所述直流偏置消除电路接收光电数字信号后进行直流分量调零处理，所述电压幅值自动调整电路分别与直流偏置消除电路和处理器(16)连接，用于调整输入处理器(16)内的电压值符合处理要求，所述处理器(16)分别连接直流偏置消除电路和电压幅值自动调整电路。

【技术特征摘要】
1.一种低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，其特征在于：包括干涉信号光电转换电路、直流偏置消除电路、电压幅值自动调整电路和处理器(16)，所述干涉信号光电转换电路用于接收干涉条纹并输出光电数字信号输出，所述直流偏置消除电路接收光电数字信号后进行直流分量调零处理，所述电压幅值自动调整电路分别与直流偏置消除电路和处理器(16)连接，用于调整输入处理器(16)内的电压值符合处理要求，所述处理器(16)分别连接直流偏置消除电路和电压幅值自动调整电路。2.根据权利要求1所述的低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，其特征在于：所述干涉信号光电转换电路包括第一光电二极管(1)、第二光电二极管(2)、第一三极管(3)和第二三极管(4)，所述第一光电二极管(1)的输入端连接外部电源、输出端连接第一三极管(3)的基极、第一三极管(3)的发射极接地，所述第二光电二极管(2)的输入端连接外部电源、输出端连接第二三极管(4)的基极、第二三极管(4)的发射极接地。3.根据权利要求2所述的低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，其特征在于：所述直流偏置消除电路包括第一电阻(5)、第二电阻(6)、第三电阻(7)、第四电阻(8)、第三三极管、第四三极管(10)、第一运算放大器(11)和第二运算放大器(12)，所述第一电阻(5)的一端连接外部电源，另一端连接第三三极管的基极，第三三极管的集电极连接外部电源，发射连接第一三极管(3)的集电极，所述第一运算放大器(11)的负极输入端连接第三三极管的发射极，所述第二电阻(6)的一端连接在第一运算放大器(11)的负极输入端与第一运算放大器(11)的输出端之间，所述第三电阻(7)的一端连接外部电源，另一端连接第四三极管(10)的基极，第四三极管(10)的集电极连接外部电源，发射连接第二三极管(4)的集电极，所述第二运算放大器(12)的负极输入端连接第四三极管(10)的发射极，所述第四电阻(8)的一端连接在第二运算放大器(12)的负极输入端与第二运算放大器(12)的输出端之间。4.根据权利要求3所述的低对比度下干涉系统自动调零和调幅的电路，其特征在于：所述电压幅值自动调整电路包括第三运算放大器(13)、第四运算放大器(14)和数字电位器(15)，所述第三运算放大器(13)的负极输入端连接第一运算放大器(11)的输出端，正极输入端连接外部电源，输出端连接数字电位器(15)的W1端，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟中生，唐旭晨，
申请(专利权)人：扬州智锐光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32