[发明专利]全数字化的四象限探测器检测激光光束偏转角的装置及方法

权利要求书

1.全数字化的四象限探测器检测激光束偏转角的装置，有前置放大电路(12)、滤波电路(13)、AD转换电路(16)、偏移量显示模块(18)其特征在于，其特征在于，还有四象限探测器(1)、次级放大电路模块(14)、可变增益放大电路模块(15)和高速微处理器模块(17)构成；

前置放大电路模块(12)、滤波电路模块(13)、次级放大电路模块(14)、可变增益放大电路模块(15)、AD转换模块(16)、高速微处理器模块(17)和偏移量显示模块(18)依次连接；高速微处理器模块(17)还与可变增益放大电路模块(15)连接。

2.全数字化的四象限探测器检测激光光束偏转角的方法，其特征在于，步骤和条件如下：

1)调整四象限探测器(1)的光敏面相对于成像物镜单元(2)的位置，以调整成像光斑在四象限探测器(1)光敏面上的大小：

激光光束经成像物镜单元(2)聚焦到四象限探测器(1)的光敏面上，调整四象限探测器(1)的光敏面相对于成像物镜单元(2)的位置，使四象限探测器(1)的光敏面上的成像光斑(3)的大小能够在0.1倍到1倍的四象限探测器(1)光敏面内接圆直径内调整；

2)测量成像光斑在四象限探测器(1)的四个象限所产生的光电流；

3)将光电流信号转换为电压信号，并将其放大：

四象限探测器(1)将激光光束经成像物镜单元(2)后的成像光斑(3)对应于四象限探测器的(1)四个象限上的光能及光斑的位置信息转换成相应的四路电信号：第一象限所得电流(8)，令为I1；第二象限所得电流(9)，令为I2；第三象限所得电流(10)，令为I3；第四象限所得光电流(11)，令为I4，这四路电流信号经前置放大电路模块(12)将电流信号转换为电压信号，并将其放大；有如下方式：

所述的前置放大电路模块(12)，采用零偏放大的方式，将由四象限探测器(1)所得的电流信号：I1，I2，I3，I4直接转换成电压信号，同时使之得到放大；或者，

让四象限探测器(1)工作在反相偏压的工作状态下，采用直流放大的形式，将由四象限探测器(1)所得的电流信号：I1，I2，I3，I4转换为电压信号，并使之放大；或者，

让四象限探测器(1)工作在反相偏压的工作状态下，采用交流放大的形式，将由四象限探测器(1)所得的电流信号：I1，I2，I3，I4转换为电压信号，并使之放大；

4)采用滤波电路模块(13)对步骤3)得到的前置放大后的信号进行滤波提高信噪比；

5)采用次级放大电路模块(14)，对步骤4)的滤波后的信号进行再次放大，增大有效信号的幅度，提高信噪比：

6)采用自适应可变增益放大电路模块(15)对步骤5)得到的信号进行进一步放大，在信号较弱的时候提高放大倍数，在信号过强的时候降低放大倍数，以使信噪比保持在一个高的状态，保证光斑偏移量解算精度的稳定性；

7)对步骤6)得到的信号通过四路AD转换电路(16)将其转换为数字信号：

在四路AD转换电路(16)中，可根据自适应可变增益放大电路模块(15)后输出信号的幅值范围确定AD转换芯片的转换电压范围；四路AD转换电路能够同时进行四路AD转换，并有较好的集成线性误差和差分线性误差，同时尽量在四路AD转换的时候无串扰，根据上述要求可选取合适的AD转换芯片以及芯片的数量；

8)在对信号进行模数转换后，将转换后的数字信号输出到高速微处理器(17)进行偏移量解算：

在该模块中需要完成AD转换芯片的控制，ADC1、ADC2、ADC3、ADC4四通道数字信号的数字滤波处理，对四象限探测器(1)的四个象限非均匀性及后续处理电路四个通道间的不均匀性等进行补偿，自适应可变增益放大电路模块(15)的放大倍数的控制，四象限探测器(1)上光斑偏移量解算、激光光束偏转角解算和偏移量的传输，得出激光光束偏转角；

9)采用偏移量显示模块(18)，将激光光束的偏转角信息显示出来：

该显示模块可由上位机接收高速微处理器模块解算所得的激光光束偏转角，然后在上位机上显示；或者，由另外的微控制器通过数码管、液晶显示屏或其它显示装置显示激光光束的偏转角。