一种光电微弱信号高速采样装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光电微弱信号高速采样装置及方法，属于激光探测领域，装置包括：汇聚透镜

【技术实现步骤摘要】
一种光电微弱信号高速采样装置及方法


[0001]本专利技术属于激光探测领域，更具体地，涉及一种光电微弱信号高速采样装置及方法
。

技术介绍

[0002]目前，在激光探测领域，随着对激光探测组件要求的提高，传统的采样装置基于硬件触发器的原理进行工作，根据给定的频率进行触发，采集经过峰值保持后的光电信号，采样速率低且抗干扰能力弱
。
因此，有必要提出一种可以在高速条件下保证信号完整性和分辨率的高速数据采样装置及方法
。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种光电微弱信号高速采样装置及方法，旨在解决现有的采样装置采样速率低且抗干扰能力弱的问题
。
[0004]为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种光电微弱信号高速采样装置，包括：顺次放置的汇聚透镜
、PIN
光敏探测器
、
前放增益电路
、
可变增益电路
、
带通滤波器
、
高速
ADC
芯片和
FPGA
芯片；
[0005]汇聚透镜用于将空间中经过目标反射后的激光信号的能量汇聚形成激光光斑，激光光斑入射至
PIN
光敏探测器的光敏面上，并用于滤除空间中的杂散光；
[0006]PIN
光敏探测器用于将落在光敏面上的激光信号转化为电信号；其中，
PIN
光敏探测器的光敏面分为若干象限；每个象限的光斑面积大小与转换后的电信号的幅值成正比；
[0007]前放增益电路分为两级增益，第一级放大子电路将电信号放大几十倍，第二级放大子电路将电信号放大几倍；第一级放大子电路选择失调电压在
uV
级，输入偏置电流和输入失调电流在
uA
级的器件；第二级放大子电路用于将放大的电信号转变为差分电信号；
[0008]可变增益电路用于动态调整前放增益电路传递的差分电信号的放大倍数，使差分电信号的幅值能够被高速
ADC
芯片采样；
[0009]高速
ADC
芯片用于将放大的差分电信号转变成数字电压信号；
[0010]FPGA
芯片用于对数字电压信号进行处理判断，计算出目标的空间位置信息
。
[0011]进一步优选地，汇聚透镜为数量不等的透镜组
。
[0012]进一步优选地，光电微弱信号高速采样装置还包括带通滤波器，放大差分电信号中的噪声包括透过汇聚透镜的杂散光在
PIN
光敏探测器上形成的噪声电压
。
[0013]进一步优选地，
PIN
光敏探测器的光敏面分为四个象限，高速
ADC
芯片用于将四路模拟电压信号转换为数字电压信号输出
。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种光电微弱信号高速采样方法，包括以下步骤：
[0015]采用汇聚透镜将空间中的激光信号进行汇聚，将激光能量集中形成所需的激光光斑；
[0016]将汇聚后形成的光斑入射到所述
PIN
光敏探测器上，并通过调整所述汇聚透镜和
所述
PIN
光敏探测器的相对距离使
PIN
光敏探测器光敏面上的光斑处于预设大小；
[0017]采用
PIN
光敏探测器将激光信号转换为电信号，并将电信号传输至前放增益电路；其中，所述光敏面上每个象限的光斑面积大小与转换后的电信号的幅值成正比；
[0018]采用前放增益电路将电信号进行两级增益，先将电信号进行第一级增益放大几十倍，再将电信号进行第二级增益放大几倍，并将放大的电信号转变为差分电信号；
[0019]将差分电信号进行动态增益放大，使差分电信号的幅值能够被高速
ADC
芯片采样；
[0020]将经过动态增益的差分电信号转变成数字电压信号；
[0021]采用
FPGA
芯片对数字电压信号进行处理判断，计算出目标的空间位置信息
。
[0022]进一步优选地，光电微弱信号高速采样方法还包括将经过动态增益的差分电信号中的噪声进行滤波处理，差分电信号中的噪声包括透过汇聚透镜的杂散光在
PIN
光敏探测器上形成的噪声电压
。
[0023]进一步优选地，
PIN
光敏探测器的光敏面分为四个象限，高速
ADC
芯片用于将四路模拟电压信号转换为数字电压信号输出
。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
[0025]有益效果：
[0026]本专利技术提供了一种光电微弱信号高速采样装置及方法，应用于激光探测领域的目标探测，其中，通过
PIN
光敏探测器用于将落在光敏面上的激光信号转化为电信号；采用前放增益电路和可变增益电路对模拟电信号进行放大，采用高速
ADC
芯片对电信号进行采样，
FPGA
中内置信号分析处理算法，极大地提高了激光目标探测的数据刷新速率和抗干扰能力，对于激光制导武器的探测能力提高及战场环境适应能力提升具有非凡的意义
。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例提供的光电微弱信号高速采样装置的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例提供的汇聚透镜的结构示意图；
[0029]图3是本专利技术实施例提供的经过汇聚的激光信号形成的光斑在
PIN
探测器光敏面上的示意图
。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
[0031]图1是本专利技术实施例提供的光电微弱信号高速采样装置，包括：汇聚透镜
1、PIN
光敏探测器
2、
前放增益电路
3、
可变增益电路
4、
带通滤波器
5、
高速
ADC
芯片6和
FPGA
芯片7；
[0032]空间中经过目标反射后的激光信号由汇聚透镜1将能量集中，形成激光光斑，另外汇聚透镜1的前端一般会镀上各频段截止膜，保证透过汇聚透镜1光信号波段集中在目标激光信号波段附近，该方法能够有效防止空间中杂散光
、
太阳光及其他波段激光干扰信号的影响；汇聚透镜1根据具体的设计要求一般会设计成数量不等的透镜组，由结构件支撑形成光学镜头，如图2所示；
[0033]经过汇聚透镜汇聚的激光光斑落在
PIN
光敏探测器2的光敏面上，如图3所示；
PIN
光敏探测器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光电微弱信号高速采样装置，其特征在于，包括：顺次放置的汇聚透镜
、PIN
光敏探测器
、
前放增益电路
、
可变增益电路
、
带通滤波器
、
高速
ADC
芯片和
FPGA
芯片；所述汇聚透镜用于将空间中经过目标反射后的激光信号的能量汇聚形成激光光斑，激光光斑入射至
PIN
光敏探测器的光敏面上，并用于滤除空间中的杂散光；所述
PIN
光敏探测器用于将落在光敏面上的激光信号转化为电信号；其中，
PIN
光敏探测器的光敏面分为若干象限；每个象限的光斑面积大小与转换后的电信号的幅值成正比；所述前放增益电路分为两级增益，第一级放大子电路将电信号放大几十倍，第二级放大子电路将电信号放大几倍；第一级放大子电路选择失调电压在
uV
级，输入偏置电流和输入失调电流在
uA
级的器件；第二级放大子电路用于将放大的电信号转变为差分电信号；所述可变增益电路用于动态调整前放增益电路传递的差分电信号的放大倍数，使差分电信号的幅值能够被高速
ADC
芯片采样；所述高速
ADC
芯片用于将放大的差分电信号转变成数字电压信号；所述
FPGA
芯片用于对数字电压信号进行处理判断，计算出目标的空间位置信息
。2.
根据权利要求1所述的光电微弱信号高速采样装置，其特征在于，所述
PIN
光敏探测器的光敏面分为四个象限，所述高速
ADC
芯片用于将四路模拟电压信号转换为数字电压信号输出
。3.
根据权利要求1或2所述的光电微弱信号高速采样装置，其特征在于，所述汇聚透镜为数量不等的透镜组
。4.
根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊池，郭梦凡，张正洋，胡冬粤，左庆，周奂斌，王超，李宁，
申请(专利权)人：湖北三江航天万峰科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：