一种光纤传感器自动增益放大电路制造技术

本实用新型专利技术属于放大电路领域，公开了一种光纤传感器自动增益放大电路，包括MCU电路、电光转换电路、光电转换与偏置调整电路、高通滤波电路、中间级放大电路、AGC放大电路、低通滤波电路和电平调整电路，所述电光转换电路包括低通滤波电路和恒流源电路，所述恒流源电路驱动光电转换二极管将光信号耦合到光纤中；本实用新型专利技术解决了现有技术在测量人体生理信号时产生的基线漂移和电路不能自动增加放大倍数的问题，减小了因为体动、呼吸、肌电信号对输出信号的影响，并通过实时检测光接收信号的强度来实时调整光发射功率，适用于光放大电路。适用于光放大电路。适用于光放大电路。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤传感器自动增益放大电路


[0001]本技术涉及放大电路领域，尤其涉及一种光纤传感器自动增益放大电路。

技术介绍

[0002]光信号在光纤中传导时，如果受到外界的机械振动，会影响接收光的功率，因此，可以通过检测接收光功率的变化来间接测量所受的机械振动频率与幅度。目前，在测量人体生理信号方面，采用了基于光纤传感器的检测方案。在采用光纤传感方案来测量人体心率和呼吸频率时，由于心率振动幅度很小，光信号在传输中会产生损耗，传输距离越长，信号损耗越大，导致测量光功率的强度变化非常微小，因此要准确测量人体的心率和呼吸频率，就必须对接收到的光信号进行放大滤波处理。在对光信号进行电路处理时，由于不同体重的人或者测量位置不同，导致光接收到的信号强度不一，因此对信号放大倍数需要做到自适应。目前，传统的方案是运用处理器检测接收的信号，根据信号强弱，来更改光发射功率的大小，来达到适应不同体重的人。

技术实现思路

[0003]本技术意在提供一种光纤传感器自动增益放大电路，以解决现有技术在测量人体生理信号时产生的基线漂移和不能自动增加放大倍数的问题，该生理信号主要为心率信号和呼吸信号，提出一种自动增益放大滤波电路。
[0004]为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0005]本技术提供的基础技术方案是：
[0006]一种光纤传感器自动增益放大电路，包括MCU电路、电光转换电路、光电转换与偏置调整电路、高通滤波电路、中间级放大电路、AGC放大电路、低通滤波电路和电平调整电路，所述电光转换电路包括低通滤波电路和恒流源电路，所述低通滤波电路由R2、C1构成，所述恒流源电路由运算放大器UA1B、R5、Q1、R8和R3构成，所述恒流源电路驱动光电转换二极管将光信号耦合到光纤中，所述光电转换与偏置调整电路包括光电转换电路和偏置调整电路，所述光电转换电路由运算放大器UA2A、电阻R4、电容C2和光电转换二极管LD1构成，信号通过电阻R6后的端口EL_ADC接到MCU电路的ADC端口，所述偏置调整电路由电容C3、电阻R9、运算放大器UA2B和电阻R10构成，信号通过运算放大器的7号端口输出，所述高通滤波电路包括有源二阶高通滤波电路、放大电路和低通滤波器，所述有源二阶高通滤波电路由电容C7、电容C8、电阻R12、电阻R13与运算放大器UC1B构成，所述放大电路由电阻R14、电阻R11与运算放大器UC1B构成，所述低通滤波器由电容C9与R14构成，信号由电容C7端口输入，由运算放大器UC1B的7号端口输出，所述中间级放大电路包括同相放大电路和低通滤波器，所述同相放大电路由电阻R19、电阻R17构成，所述低通滤波器由电容C10与电阻R19构成，信号由R15的端口输入，由运算放大器UD1A的1号端口输出，所述AGC放大电路由AD603、三极管Q2和电阻电容构成，信号由电容C12的端口输入，由AD603的7号端口输出，所述低通滤波电路由电阻R31、电阻R32、电容C20、电容C19和运算放大器UD1B构成，信号由R31的端口输入，由
运算放大器UD1B的7号端口输出，所述电平调整电路包括偏置电压产生电路和低通滤波器，所述偏置电压产生电路由电阻R35和电阻R36构成，所述低通滤波器由R40和C26构成，信号从电容C22输入，从运算放大器的7号端口输出。
[0007]基础技术方案的原理：
[0008]在该放大电路中，MCU电路中的DAC输出一个可以程序控制的直流电压，该电压输出到电光转换电路中，电光转换电路中的低通滤波电路滤除DAC电压的高频干扰信号，恒流源电路驱动光电转换二极管，该光电二极管的光信号耦合到光纤中，实现光信号的发送，光信号经过光纤传导，在感受到人体生理信号后，光信号到达光电转换与偏置调整电路，光电转换电路核心元件为光电转换二极管，可将其光信号转换为电流信号，该电流信号通过运算放大器再转换为电压信号，该电压信号是携带生理信号的具有直流偏置的信号，偏置调整电路将直流信号滤除，只保留携带交流信号的生理信号，滤除直流偏置后的信号接入到高通滤波电路中，该电路有运算放大器构成的二阶RC低通滤波电路，可以滤除体动、肌电信号引起对心跳信号的基线漂移，高通滤波后的信号滤掉低频的干扰信号，但是信号幅度还很小，因此要让处理器的MCU能够正常检测，需要将该信号放大，中间级放大电路的放大倍数较大，可以看到明细的心跳信号或者呼吸信号，但在过程中引入一些高频干扰是不可避免的，因此需要将该高频干扰信号滤掉，经过中间级放大电路后，通过ACG放大电路进行自适应放大，AGC放大电路中的共发射机固定偏置电路作为反馈电路，反馈电路将输出的信号幅度输入到AD603中，AD603会根据输出的电压幅度，自适应的调整放大倍数，当输出电压较低时，放大倍数增加，当输出电压较高时，放大倍数减小，通过自适应的调整电路，让AD603的输出电压峰值幅度始终保持在一个恒定值，AGC放大电路输出的信号，由于中间级放大电路放大倍数较大，不可避免的会引入一些高频干扰，高频干扰信号通过低通滤波电路被过滤，而低通滤波电路的输出信号为交流信号，因为MCU电路中的ADC一般只能采集正电压信号，因此通过电平调整电路将该交流信号进行电平调整，将交流的生理信号变化为正电压信号，经过电平调整的信号输出到MCU电路中，用MCU中的ADC进行信号采样与识别。
[0009]基础技术方案的有益效果是：现有技术解决了在测量人体生理信号时的基线漂移情况，在心跳信号较弱时，电路可以自动增加放大倍数，以达到可以有效检测的电平值，并通过实时检测光接收信号的强度来实时调整光发射功率。
[0010]优选地，所述MCU电路的MCU处理器采用ESP32芯片，该芯片集成了ADC、DAC、WIFI和蓝牙通信，极大的降低了成本。
[0011]通过上述设置，可以实现数据采样与处理，同时也可以通过WIFI和蓝牙通信，将处理的数据发送到上位机或者手机APP中。
[0012]优选地，所述高通滤波电路中，截止频率为若要得到心跳信号，该截止频率设定为0.7Hz，若要得到呼吸信号，该截止频率设定为0.1Hz左右。
[0013]通过上述设置，可以通过改变其截止频率分离出心跳与呼吸信号。
[0014]优选地，所述高通滤波电路中，所述低通滤波器的截止频率应远高于高通滤波器的截止频率。
[0015]通过上述设置，可以将两者结合成为带通滤波器，以达到想要的效果，当低通滤波器的通带截止频率高于高通滤波器的通带截止频率时，将两者串联就能够成为带通滤波
器。
[0016]优选地，在所述电光转换电路中，电阻R7为限流电阻，电容C4和C6采用0.1uF和0.01uF，电容C5为100uF大电容。
[0017]通过上述设置，可以滤除电源的高频干扰并降低其电路电流的脉动。
[0018]优选地，在所述低通滤波器中，有源二阶低通滤波器的截止频率为设定截止频率在200
‑
300Hz之间。
[0019]通过上述设置，可以对信号中特定频率的频点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤传感器自动增益放大电路，其特征在于：包括MCU电路、电光转换电路、光电转换与偏置调整电路、高通滤波电路、中间级放大电路、AGC放大电路、低通滤波电路和电平调整电路，所述电光转换电路包括低通滤波电路和恒流源电路，所述低通滤波电路由R2、C1构成，所述恒流源电路由运算放大器UA1B、R5、Q1、R8和R3构成，所述恒流源电路驱动光电转换二极管将光信号耦合到光纤中，所述光电转换与偏置调整电路包括光电转换电路和偏置调整电路，所述光电转换电路由运算放大器UA2A、电阻R4、电容C2和光电转换二极管LD1构成，信号通过电阻R6后的端口EL_ADC接到MCU电路的ADC端口，所述偏置调整电路由电容C3、电阻R9、运算放大器UA2B和电阻R10构成，信号通过运算放大器的7号端口输出，所述高通滤波电路包括有源二阶高通滤波电路、放大电路和低通滤波器，所述有源二阶高通滤波电路由电容C7、电容C8、电阻R12、电阻R13与运算放大器UC1B构成，所述放大电路由电阻R14、电阻R11与运算放大器UC1B构成，所述低通滤波器由电容C9与R14构成，信号由电容C7端口输入，由运算放大器UC1B的7号端口输出，所述中间级放大电路包括同相放大电路和低通滤波器，所述同相放大电路由电阻R19、电阻R17构成，所述低通滤波器由电容C10与电阻R19构成，信号由R15的端口输入，由运算放大器UD1A的1号端口输出，所述AGC放大电路由AD603、三极管Q2和电阻电容构成，信号由电容C12的端口输入，由AD603的7号端口输出，所述低通滤波电...

【专利技术属性】
技术研发人员：田相鹏，张源，钱楷，洪娇，
申请(专利权)人：湖北民族大学，
类型：新型
国别省市：