CN108534893A - 一种用于光外差探测的光电检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种用于光外差探测的光电检测电路，该光电检测电路包括：光电转换二极管、跨阻放大电路、一阶RC低通滤波电路，同相比例运算放大电路和级间反馈电路。光电转换二极管将光信号转换为电流信号，并将电流信号输出到跨阻放大电路运放的反相输入端，同相输入端接地，跨阻放大电路的输出接一阶RC低通滤波电路，一阶RC低通滤波电路接同相比例运放电路的同相输入端，级间反馈电路从同相比例运放电路的输出端接电阻，再从电阻另一端反馈到跨阻放大电路的输入端，同相比例运放电路的反向输入端接电阻再接地。该光电检测电路可以实现对光外差探测信号的直流隔离与交流放大功能，从而有效提高光外差探测拍频信号对比度。
Description
技术领域：
本发明涉及光外差探测电路技术领域，具体涉及一种用于光外差探测的光电检测电路。
背景技术：
随着光探测技术的快速发展，光探测在测距、测位移、测速等方面有了广泛的应用。光探测技术主要有两种：光直接探测和光外差探测。光直接探测方法简单，易于实现，但它不能获取信号的全部信息，信噪比低。光外差探测因为具有检测灵敏度高、可获得信号的全部信息、信噪比较高、适用于微弱信号探测、有良好的滤波性能，但光外差探测方法由于参考光与信号光功率相差较大，导致信号对比度偏低。典型声光移频器频移量测量装置中，包括DFB激光器、光纤隔离器、光纤分束器、光纤合束器、声光移频器、光纤衰减器和光电探测电路，其中的光电检测电路为了提高信号的对比度，通常采用降低参考光功率的方法，使其与信号光功率接近，但该方法会导致光电探测电路灵敏度的降低。
发明内容：
针对现有光外差探测的光电检测电路的不足，本发明提供了一种用于光外差探测的光电检测电路，可以在不降低光电探测电路灵敏度的条件下，通过对光外差探测信号的直流隔离和交流放大，实现参考光功率和信号光功率相差较大时光外差拍频信号对比度的提高。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于光外差探测的光电检测电路，包括光电转换二极管D1、跨阻放大电路、一阶RC低通滤波电路，同相比例运算放大电路和级间反馈电路；所述光电转换二极管D1将光信号转换为电流信号，并将电流信号输出到跨阻放大电路中运放A1的反相输入端，同相输入端接地，电阻R1一端接运放A1的输出端，另一端接运放A1的反向输入端；运放A1的输出接一阶RC低通滤波电路中的电阻R2，电阻R2接同相比例运放电路中运放A2的同相输入端，同相比例运放电路中运放A2的反向输入端接电阻R4再接地，电阻R3一端接运放A2的反向输入端，另一端接地，级间反馈电路中运放A2的输出端接到电阻R5，电阻R5的另一端反馈到跨阻放大电路中运放A1的反向输入端。
进一步的，所述光电转换二极管D1为PIN光电二极管。
进一步的，所述跨阻放大电路由运算放大器ADA4817和构成反馈回路的电阻实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
通过级间反馈电路将光电流信号的直流分量和交流分量分开，实现了直流交流增益的不同放大，实现参考光功率和信号光功率相差较大时光外差拍频信号对比度的提高。
附图说明
图1是本发明用于光外差探测的光电检测电路原理图；
图2是一种典型声光移频器频移量测量装置的原理简图；
图3是传统光电检测电路获得的外差拍频信号；
图4是本发明光电检测电路获得的外差拍频信号。
图中，1-DFB激光器，2-光纤隔离器，3-1×2光纤分束器，4-声光移频器，5-光纤衰减器，6-2×1光纤合束器，7-光电探测电路。
具体的实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本中的实施例，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它实施例，都属于本保护的范围。
参见图1，一种光外差探测的光电检测电路包括：光电转换二极管、跨阻放大电路、一阶RC低通滤波电路，同相比例运算电路和级间反馈电路。所说的光电转换二极管D1输出接跨阻放大电路中运放A1的反向输入端，跨阻放大电路中运放A1的同相输入端接地，电阻R1一端接运放A1的输出端，另一端接运放A1的反向输入端；运放A1的输出接一阶RC低通滤波电路中的电阻R2，电阻R2后接电容C1再接到地，同相比例运放电路中运放A2的正向输出端接到电阻R2和电容C1的连接点，电阻R4一端接运放A2的输出端，另一端经电阻R3接地，同时接运放A2的反向输入端，级间反馈电阻中电阻R5一端接同相比例运放电路中运放A1的输出端反馈，另一端接到跨阻放大电路中运放A1的反向输入端。
所说的跨阻放大电路由运算放大器ADA4817和构成反馈回路的电阻实现；
所说的一阶RC低通滤波电路是由RC电路串联实现，它有较大的时间常数，截止频率很低。
该光外差探测的光电检测电路的基本原理是：光电转换二极管将光信号转换成电流信号，此时的电流信号中既含有交流分量和直流分量。针对于光电检测，待测目标的变化量仅体现于交流分量部分，直流分量中不含光测量的信息。
光电转换二极管在光敏面接收到光通量产生电流信号I0，此时的电流信号I0既包含直流信号Id也包含交流信号Ia。
(1)对于交流信号Ia部分，Ia不能流经R5，全部流过R1，由于R2和C1串联形成低通滤波器，所以交流信号全部在运算放大器A1输出端输出，保证了交流信号的不丢失。在运算放大器A1的输出端产生交流电压信号，实现了交流跨阻放大的功能。
(2)对于直流信号Id部分，分为两路Id1和Id2，Id1部分流过R5，Id2部分流过R1。分析流过R1上的电流Id2，根据运算放大器的特性可得运算放大器A2的输出电压：
则有:
分析流过R1上的电流Id2，可以推到:
根据上面的推理可得直流分量在跨阻放大电路和级间反馈电路上的直流分量的比例关系为：
记(第二级运算放大器的电压放大倍数)，则
可以看出光电二极管在光敏面接收到光通量条件下产生的直流分量按一定的比例流经R1和R6，具体的比例为
运放A1选用运放ADA4817、A2选用运放AD 8065，电路中各电阻阻值分别为：R1＝10K,R2＝100K,R3＝1K,R4＝5K,R5＝100Ω,C1＝10μf。可以得出Id2：Id1＝1:600,直流分量相比于交流分量低了2个数量级，可以忽略，实现了直流隔离，交流放大的功能。
参见图2，这是典型声光移频器频移量测量装置的原理简图，本发明提供了其中的光电检测电路7。典型声光移频器频移量测量装置中，DFB激光器1输出的激光束接光纤隔离器2输入端，光纤隔离器2的输出端接到分光比为1：1的1×2光纤分束器3的输入端，光纤分束器3的输出端分出两束光，分出的第一束光接声光移频器4的输入端，声光移频器4输出端接光纤衰减器5的输入端，光纤衰减器5的输出端与光纤分束器3分出的第二束光接到2×1光纤合束器6，进行外差干涉，再由光电探测电路7进行信号处理。
当输入信号光和参考光的光功率比为1:600时，经过传统光电检测电路测得的直流电压和交流电压的理论比为1:6.1，实测为1:5.7，两者比例吻合。图3所示为使用传统光电检测电路得到的光外差拍频信号，可以看出信号中有较大的直流分量，拍频信号对比度较低。
由本发明光电检测电路7得到的光外差拍频信号如图4所示，可以看到拍频信号的直流信号被明显抑制，实现了直流隔离和交流放大效果，显著提高了拍频信号的对比度。
Claims (3)
1.一种用于光外差探测的光电检测电路，其特征在于：包括光电转换二极管D1、跨阻放大电路、一阶RC低通滤波电路，同相比例运算放大电路和级间反馈电路；所述光电转换二极管D1将光信号转换为电流信号，并将电流信号输出到跨阻放大电路中运放A1的反相输入端，同相输入端接地，电阻一端接运放A1的输出端，另一端接运放A1的反向输入端；运放A1的输出接一阶RC低通滤波电路中的电阻，电阻接同相比例运放电路中运放A2的同相输入端，同相比例运放电路中运放A2的反向输入端接电阻R4再接地，电阻R3一端接运放A2的反向输入端，另一端接地，级间反馈电路中运放A2的输出端接到电阻R5，电阻R5的另一端反馈到跨阻放大电路中运放A1的反向输入端。
2.根据权利要求1所述的一种用于光外差探测的光电检测电路，其特征在于：所述光电转换二极管D1为PIN光电二极管。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于光外差探测的光电检测电路，其特征在于：所述跨阻放大电路由运算放大器ADA4817和构成反馈回路的电阻实现。
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