自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置，装置包括顺序连接的环境温度检测电路、模数转换器、控制器，以及与模数转换器连接的脉冲信号检测电路、与上述各部分均连接的偏置电压生成电路。本发明专利技术加入了闭环反馈系统，可以实时调节偏置电源输出的偏置电压值，减少由于脉冲信号饱和导致的数据失真，提高了四象限探测器输出目标位置的精度；通过对环境温度的检测，调节输出的偏置电压值，消除环境温度变化引起的探测器响应率变化问题，提高了四象限探测器的灵敏域。

The device and method of self-adaptive bias power supply for four quadrant detector pulse signal

【技术实现步骤摘要】
自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置及方法
本专利技术涉及一种四象限探测器的偏置电源装置及方法，具体涉及一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置及方法，可被应用于光电探测领域。
技术介绍
四象限探测器具有精度高、灵敏度高、空间分辨率高、响应速度快、噪声低等特点，因此在位置检测、定位、目标跟踪等领域有着广泛应用。而偏置电源为四象限探测器提供偏置电压，保证四象限探测器的正常工作。由于实际工作过程中，四象限探测器输出的脉冲信号与输入的激光光斑能量成正比，在光斑能量较大时，探测器输出的脉冲电压存在饱和现象，影响目标位置信号的检测，产生失真，这样会极大削弱四象限光电探测器输出位置信号的精度。另外，由于四象限探测器的探测响应率会随环境温度的改变而产生变化，因此，在相同的偏置电压及目标位置，不同的环境温度下，探测器输出的脉冲信号幅值也会产生变化，进而影响到四象限探测器的探测灵敏域。因此，偏置电源提供合适的偏置电压，使得四象限探测器输出电压信号的幅值不饱和，是四象限探测器输出准确目标位置信息的前提。针对以上情况，一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置及方法，减少由于脉冲信号饱和导致的数据失真问题，以及消除由于环境温度变化引起的探测器响应率变化问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置，包括顺序连接的环境温度检测电路、模数转换器、控制器，以及与模数转换器连接的脉冲信号检测电路、与上述各部分均连接的偏置电压生成电路；所述环境温度检测电路，用于将采集的表示温度的分压值输出到模数转换器后得到数字分压信号；所述脉冲信号检测电路，用于接收四象限探测器的脉冲信号，并进行滤波和展宽生成电压信号，送入模数转换器后得到数字电压信号；所述控制器，用于根据来自模数转换器的数字分压信号和数字电压信号生成偏压控制信号，提供给偏置电压生成电路；所述偏置电压生成电路，用于对偏压控制信号进行处理，并向四象限探测器输出偏置电压。所述偏置电压生成电路包括：顺序连接的第一电压跟随器、低压PWM控制芯片、逆变电路、变压器、全桥整流电路、LC低通滤波电路、偏置电压输出保护电路，以及与低压PWM控制芯片、逆变电路连接的直流电源电路；控制器提供的偏压控制信号通过第一电压跟随器进行驱动和隔离，输出隔离后的偏压控制信号控制PWM控制芯片，产生PWM信号，驱动逆变电路将低压直流电源逆变为交流电源，依次经变压器升压、全桥整流电路进行全波整流，输出的信号送入到LC低通滤波器中滤除全波整流后的交流成分，通过偏置电压输出保护电路限幅后，向四象限探测器输出偏置电压。所述脉冲信号检测电路包括顺序连接的第二电压跟随器、二阶高通滤波器、峰值保持电路；四象限探测器的脉冲信号经第二电压跟随器隔离缓冲后进入二阶高通滤波器，二阶高通滤波器滤波后的信号进入峰值保持电路进行展宽生成电压信号。自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源实现方法，包括以下步骤：1)环境温度检测电路采集表示温度的分压值，输出到模数转换器转换成数字分压信号；2)控制器根据数字分压信号得到环境温度值，查找所述环境温度值对应的偏压控制信号；3)控制器向偏置电压生成电路提供偏压控制信号，偏置电压生成电路对偏压控制信号进行处理，输出偏置电压至四象限探测器；4)四象限探测器在偏置电压下检测四象限光敏面中的能量，产生相应幅值的脉冲信号，经脉冲信号检测电路滤波和展宽；5)经脉冲信号检测电路展宽后的电压信号，送入到模数转换器转换后送入控制器；控制器根据电压信号得出环境温度值，查找所述环境温度值对应的偏压控制信号最大值，然后根据脉冲信号的幅值信息及设定的增加或减小偏置电压控制信号输出幅值的阈值信息，得出相应的偏压控制信号电压，提供给偏置电压生成电路。所述偏置电压生成电路对偏压控制信号进行处理，输出偏置电压至四象限探测器包括以下步骤：控制器提供偏压控制信号，偏置电压生成电路通过内部的电压跟随器增强驱动并隔离，电压跟随器输出隔离后的偏压控制信号控制PWM控制芯片，产生相应的PWM信号，驱动逆变电路将低压直流电源逆变为交流电源，变压器对交流电源进行升压处理，全桥整流电路对升压后的交流信号进行全波整流，输出的信号送入到LC低通滤波器中滤除全波整流后的交流成分，通过偏置电压输出保护电路限幅后，向四象限探测器输出偏置电压值。本专利技术的有益效果是：本专利技术的最大优点是在传统的四象限探测器偏置电源电路基础上，加入了闭环反馈系统，通过对四象限探测器输出脉冲信号的采集，可以实时调节偏置电源输出的偏置电压值，减少由于脉冲信号饱和导致的数据失真，提高了四象限探测器输出目标位置的精度；通过对环境温度的检测，调节输出的偏置电压值，消除环境温度变化引起的探测器响应率变化问题，提高了四象限探测器的灵敏域；另外，本实施方案中的偏置电压调节范围较宽，不仅满足低偏置电压值需求的四象限探测器，也满足高偏置电压值需求的四象限探测器，应用范围较广。附图说明图1本专利技术所述的一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置组成结构示意图；图2本专利技术所述的一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置中偏置电压生成电路组成结构示意图；图3本专利技术所述的一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置中脉冲信号检测电路组成结构示意图；图4本专利技术所述的一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置中环境温度检测电路组成结构示意图；图5本专利技术所述的一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置控制流程图；其中，1偏置电压生成电路、2环境温度检测电路、3脉冲信号检测电路、4模数转换器、5控制器；6低压直流电源电路、7电压跟随器、8PWM控制芯片、9逆变电路、10变压器、11全桥整流电路、12LC低通滤波电路、13偏置电压输出保护电路、14电压跟随器、15二阶高通滤波器、16峰值保持电路、17热敏电阻、18电压跟随器。具体实施方式结合图1至图4说明本实施方式，一种能自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置，主要由偏置电压生成电路1、脉冲信号检测电路3、环境温度检测电路2、模数转换器4、控制器5组成；其中，偏置电压生成电路1是由低压直流电源电路6、电压跟随器7、PWM控制芯片8、逆变电路9、变压器10、全桥整流电路11、LC低通滤波电路12、偏置电压输出保护电路13组成；脉冲信号检测电路3是由电压跟随器14、二阶高通滤波器15、峰值保持电路16组成；环境温度检测电路2是由热敏电阻17和电压跟随器18组成。图5为本专利技术的控制流程图，所述的控制器5通过模数转换器4采集热敏电阻17的分压值，计算出环境温度值，通过控制器5内部的数据库找到所述环境温度值对应的偏压控制信号初始值，偏压控制信号控制偏置电压生成电路1输出一定的偏置电压值，四象限探测器在该偏压值下，检测四象限光敏面中的能量，产生相应幅值的窄脉冲信号，所述的窄脉冲信号经电压跟随器隔离缓冲后进入二阶高通滤波器15，二阶高通滤波器15滤波后的信号进入峰值保持电路16进行展宽，经模数转换器4进入控制器5，控制器5结合模数转换器4另一路送来的温度信息值，综合计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置，其特征在于包括顺序连接的环境温度检测电路(2)、模数转换器(4)、控制器(5)，以及与模数转换器(4)连接的脉冲信号检测电路(3)、与上述各部分均连接的偏置电压生成电路(1)；所述环境温度检测电路(2)，用于将采集的表示温度的分压值输出到模数转换器(4)后得到数字分压信号；所述脉冲信号检测电路(3)，用于接收四象限探测器的脉冲信号，并进行滤波和展宽生成电压信号，送入模数转换器(4)后得到数字电压信号；所述控制器(5)，用于根据来自模数转换器(4)的数字分压信号和数字电压信号生成偏压控制信号，提供给偏置电压生成电路(1)；所述偏置电压生成电路(1)，用于对偏压控制信号进行处理，并向四象限探测器输出偏置电压。

【技术特征摘要】
1.自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置，其特征在于包括顺序连接的环境温度检测电路(2)、模数转换器(4)、控制器(5)，以及与模数转换器(4)连接的脉冲信号检测电路(3)、与上述各部分均连接的偏置电压生成电路(1)；所述环境温度检测电路(2)，用于将采集的表示温度的分压值输出到模数转换器(4)后得到数字分压信号；所述脉冲信号检测电路(3)，用于接收四象限探测器的脉冲信号，并进行滤波和展宽生成电压信号，送入模数转换器(4)后得到数字电压信号；所述控制器(5)，用于根据来自模数转换器(4)的数字分压信号和数字电压信号生成偏压控制信号，提供给偏置电压生成电路(1)；所述偏置电压生成电路(1)，用于对偏压控制信号进行处理，并向四象限探测器输出偏置电压。2.根据权利要求1所述的自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置，其特征在于，所述偏置电压生成电路(1)包括：顺序连接的第一电压跟随器(7)、低压PWM控制芯片(8)、逆变电路(9)、变压器(10)、全桥整流电路(11)、LC低通滤波电路(12)、偏置电压输出保护电路(13)，以及与低压PWM控制芯片(8)、逆变电路(9)连接的直流电源电路(6)；控制器(5)提供的偏压控制信号通过第一电压跟随器(7)进行驱动和隔离，输出隔离后的偏压控制信号控制PWM控制芯片(8)，产生PWM信号，驱动逆变电路(9)将低压直流电源(6)逆变为交流电源，依次经变压器(10)升压、全桥整流电路(11)进行全波整流，输出的信号送入到LC低通滤波器(12)中滤除全波整流后的交流成分，通过偏置电压输出保护电路(13)限幅后，向四象限探测器输出偏置电压。3.根据权利要求1所述的自适应调节四象限探测器脉冲信号的偏置电源装置，其特征在于，所述脉冲信号检测电路(3)包括顺序连接的第二电压跟随器(14)、二阶高通滤波器(15)、峰值保持电路(16)；四象限探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恩德，彭良玉，侯绪奎，曹晖，李学鹏，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21