一种光电检测和控制系统技术方案

本发明专利技术属于光电检测及控制技术领域，具体公开了一种光电检测和控制系统，包括光照度采集模块、温度采集模块、光电检测模块、光电控制模块和供电模块，供电模块为光电检测模块和光电控制模块供电；光电检测模块包括光电检测温度补偿单元和自动增益控制单元；光照度采集模块输出端与光电检测温度补偿单元的输入端连接，光电检测温度补偿单元的输出端与自动增益控制单元的输入端连接，自动增益控制单元与光电控制模块双向通信连接，温度采集模块的输出端与光电控制模块的输入端连接。本发明专利技术实现光电检测和光电控制一体化的同时，提高光电检测精度。本发明专利技术适用于光电检测和控制。本发明专利技术适用于光电检测和控制。本发明专利技术适用于光电检测和控制。

【技术实现步骤摘要】
一种光电检测和控制系统


[0001]本专利技术属于光电检测及控制
，具体地说是一种光电检测和控制系统。

技术介绍

[0002]光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。
[0003]目前，市面上的光电检测装置适用于实地检测，检测出来的光照数据不能实时发送和及时保存，而且现有技术中基于光电检测装置的控制装置，主要是大型实验室检测仪器和小型的便携式检测装置，大型实验室检测仪器虽然检测准确度高、运算能力强，但是功能应用性受限且体积较大，不易方便携带，小型的便携式检测装置则检测精度较弱，且数据的保存和运算能力是一个短板。随着光电检测应用的领域越来越广泛，实现光电检测和光电控制一体化的嵌入式产品逐渐成为发展趋势。
[0004]理论上，光信号与其经过光电检测器件转换后的电信号应该呈良好的线性关系，而由于光电检测系统外部噪声的影响，往往所测得的电信号并不能真实的反映光信号所携带的信息。这些外部噪声是光电检测系统受到的外界干扰，包括光辐射源的随机波动和附加的光调制、光路传输介质的湍流和背景起伏、杂散光的入射以及检测系统所受到的电磁干扰等。除此之外，光电检测器件的响应度会受到工作环境温度的极大影响。光电检测器件的工作温度不同时，工作性能将会有所变化。当超过温度的容限值后，一般将引起缓慢的特性劣化。由于温度和噪声引起的误差的存在，检测精度就有一定的限制，系统的复杂性和控制技术的精确性形成了尖锐的矛盾。因此，对于相关光电检测必须对其系统的温度漂移进行必要的误差补偿，降低噪声引起的误差，提高光电检测的精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的，是要提供一种光电检测和控制系统，以实现光电检测和光电控制一体化的同时，提高光电检测精度。
[0006]本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方法如下：
[0007]一种光电检测和控制系统，包括光照度采集模块、温度采集模块、光电检测模块、光电控制模块和供电模块，供电模块为光电检测模块和光电控制模块供电；光电检测模块包括光电检测温度补偿单元和自动增益控制单元；光照度采集模块输出端与光电检测温度补偿单元的输入端连接，光电检测温度补偿单元的输出端与自动增益控制单元的输入端连接，自动增益控制单元与光电控制模块双向通信连接，温度采集模块的输出端与光电控制模块的输入端连接。
[0008]作为限定：光电检测和控制系统还包括上位机，上位机中加载有经过训练的神经
网络模型，光电控制模块与上位机的双向通信连接，光电控制模块对自动增益控制单元输出的电压信号进行采样，并转换为光电流数据，进而再转换为光照度数据；神经网络模型采用两个输入端节点和一个输出端节点，两个输入端节点分别为光电控制模块输出的光电流数据和温度采集模块输出至光电控制模块的温度数据，一个输出端节点为光照度；神经网络模型通过温度、光电流与标定的光照度进行训练，对光电控制模块输出的光电流数据和温度采集模块输出至光电控制模块的温度数据进行非线性误差补偿。
[0009]作为进一步限定：光照度采集模块为硅光二极管，温度采集模块为温度传感器；光电检测温度补偿单元包括温度补偿环节、跨阻放大电路和正负电源电路，温度补偿环节包括漂移系数负载电阻和热敏电阻，漂移系数负载电阻和热敏电阻并联进行光电流分流，硅光二极管采集光照度并将光照度转换为电流信号，硅光二极管的电流信号输出端分别与漂移系数负载电阻和热敏电阻连接；跨阻放大电路包括第一运算放大芯片，第一运算放大芯片的反馈支路上接有滤波电容，第一运算放大芯片的反馈支路上接有一个用于将输入第一运算放大芯片的电流信号转换为电压信号的负载放大电阻，，漂移系数负载电阻的电流信号输出端与第一运算放大芯片的电流信号输入端连接，第一运算放大芯片的电压信号输出端与自动增益控制单元的电压信号输入端连接；正负电源电路包括两个电源转换芯片，一个电源转换芯片为第一运算放大芯片供正电，另一个电源转换芯片为第一运算放大芯片供负电，每个电源转换芯片的输入端均连接有一个电容作为退耦电容，每个电源转换芯片的输出滤波均采用LC电路。
[0010]作为进一步限定：自动增益控制单元包括二次运算放大电路、比较器和正负电源电路，二次运算放大电路包括第二运算放大芯片，第二运算放大芯片的反馈支路上接有一个用于反馈光电控制模块反馈信号的数字电位器，第二运算放大芯片的反向端接有一个反向端输入电阻，第一运算放大芯片的电压信号输出端与第二运算放大芯片的电压信号输入端连接，第二运算放大芯片的电压信号输出端与比较器的正输入端连接，光电控制模块的阈值电压信号输出端与比较器的负输入端连接，比较器进行正输出端和负输入端信号的数值大小比较输出高电平信号或低电平信号，比较器的电平信号输出端与光电控制模块的电平信号输入端连接，光电控制模块的反馈信号输出端与数字电位器的反馈信号输入端连接，数字电位器的反馈信号输出端与第二运算放大芯片的反馈信号输入端连接，光电控制模块的采样输入端与第二运算放大芯片的电压信号输出端连接；正负电源电路包括两个电源转换芯片，一个电源转换芯片为第二运算放大芯片供正电，另一个电源转换芯片为第二运算放大芯片供负电，每个电源转换芯片的输入端均连接有一个电容作为退耦电容，每个电源转换芯片的输出滤波均采用LC电路。
[0011]作为进一步限定：二次运算放大电路的增益G的计算公式为其中的放大倍数为R
f
为数字电位器的阻值，R
i
为第二运算放大芯片的反向端输入电阻，其中反向端输入电阻用来调节输入的带负载能力和调节二次运算放大电路的放大倍数。
[0012]作为进一步限定：光电控制模块包括主控芯片、存储单元、控制按键和显示单元；主控芯片的A/D转换通道与第二运算放大芯片的电压信号输出端连接，主控芯片的反馈信号输出端与数字电位器的反馈信号输入端连接；主控芯片采用中值滤波算法对第二运算放
大芯片输出的电压信号进行降噪采样，主控芯片内设有光照度限值、温度限值、电压上限值和阈值电压，以A/D转换通道的输入上限10％作为主控芯片的阈值电压，以A/D转换通道输入上限的90％作为主控芯片的电压上限值；主控芯片的阈值电压输出端与比较器的负输入端连接；温度传感器的输出端与主控芯片的输入端连接，上位机与主控芯片双向通信连接，主控芯片与存储单元双向通信连接，存储单元用于存储传输至主控芯片的温度数据和光照度数据；按键包括均设置在主控芯片上的系统复位按键、光照度限值自加按键、光照度限值自减按键和存储单元读写切换按键；主控芯片的输出端与显示单元的输入端连接，显示单元用于显示传输至主控芯片的温度数据和光照度数据，以及设定于主控芯片内的温度限值。
[0013]作为进一步限定：光电控制模块还包括报警单元、第一继电器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电检测和控制系统，其特征在于，包括光照度采集模块、温度采集模块、光电检测模块、光电控制模块和供电模块，供电模块为光电检测模块和光电控制模块供电；光电检测模块包括光电检测温度补偿单元和自动增益控制单元；光照度采集模块输出端与光电检测温度补偿单元的输入端连接，光电检测温度补偿单元的输出端与自动增益控制单元的输入端连接，自动增益控制单元与光电控制模块双向通信连接，温度采集模块的输出端与光电控制模块的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种光电检测和控制系统，其特征在于，光电检测和控制系统还包括上位机，上位机中加载有经过训练的神经网络模型，光电控制模块与上位机的双向通信连接，光电控制模块对自动增益控制单元输出的电压信号进行采样，并转换为光电流数据，进而再转换为光照度数据；神经网络模型采用两个输入端节点和一个输出端节点，两个输入端节点分别为光电控制模块输出的光电流数据和温度采集模块输出至光电控制模块的温度数据，一个输出端节点为光照度；神经网络模型通过温度、光电流与标定的光照度进行训练，对光电控制模块输出的光电流数据和温度采集模块输出至光电控制模块的温度数据进行非线性误差补偿。3.根据权利要求2所述的一种光电检测和控制系统，其特征在于，光照度采集模块为硅光二极管，温度采集模块为温度传感器；光电检测温度补偿单元包括温度补偿环节、跨阻放大电路和正负电源电路，温度补偿环节包括漂移系数负载电阻和热敏电阻，漂移系数负载电阻和热敏电阻并联进行光电流分流，硅光二极管采集光照度并将光照度转换为电流信号，硅光二极管的电流信号输出端分别与漂移系数负载电阻和热敏电阻连接；跨阻放大电路包括第一运算放大芯片，第一运算放大芯片的反馈支路上接有滤波电容，第一运算放大芯片的反馈支路上接有一个用于将输入第一运算放大芯片的电流信号转换为电压信号的负载放大电阻，，漂移系数负载电阻的电流信号输出端与第一运算放大芯片的电流信号输入端连接，第一运算放大芯片的电压信号输出端与自动增益控制单元的电压信号输入端连接；正负电源电路包括两个电源转换芯片，一个电源转换芯片为第一运算放大芯片供正电，另一个电源转换芯片为第一运算放大芯片供负电，每个电源转换芯片的输入端均连接有一个电容作为退耦电容，每个电源转换芯片的输出滤波均采用LC电路。4.根据权利要求3所述的一种光电检测和控制系统，其特征在于，自动增益控制单元包括二次运算放大电路、比较器和正负电源电路，二次运算放大电路包括第二运算放大芯片，第二运算放大芯片的反馈支路上接有一个用于反馈光电控制模块反馈信号的数字电位器，第二运算放大芯片的反向端接有一个反向端输入电阻，第一运算放大芯片的电压信号输出端与第二运算放大芯片的电压信号输入端连接，第二运算放大芯片的电压信号输出端与比较器的正输入端连接，光电控制模块的阈值电压信号输出端与比较器的负输入端连接，比较器进行正输出端和负输入端信号的数值大小比较输出高电平信号或低电平信号，比较器的电平信号输出端与光电控制模块的电平信号输入端连接，光电控制模块的反馈信号输出端与数字电位器的反馈信号输入端连接，数字电位器的反馈信号输出端与第二运算放大芯片的反馈信号输入端连接，光电控制模块的采样输入端与第二运算放大芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：张信义，任旭阳，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：