[发明专利]一种极微弱光信号的自校正检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及微弱电流信号测量技术，尤其是一种极微弱光信号的自校正检测电路。

背景技术

荧光光纤温度传感技术的研究已有三十多年历史了。荧光信号本身已经很微弱，所用荧光材料它的余辉在2ms左右就要消失，要测量衰减过程中荧光的强度，需要有极微弱光信号的检测技术。传统的方法可以通过诸如光电倍增器之类器件将光信号增强再进行光电转换，光电倍增管具有很高的灵敏度，关键问题是它需要高压直流电源，这导致体积大，成本也高。所以，更常用的是半导体光敏器件，如光敏三极管、光敏二极管，它们可以将光信号转换为电信号，再用电路进行处理。光敏三极管响应速度较慢，放大倍数与光电流的大小有关，特别是在弱光照射下放大倍数下降较厉害，导致非线性，不适合光辐射测量。光敏二极管的光电流与照射光有很好的线性关系，响应时间短，性能稳定，适用于精确测量光辐射的光强度。但是，光敏二极管灵敏度很低，和光敏三极管比要差1～2个数量级，因此，采用光敏二极管检测极微弱光信号就产生许多技术问题：它需要高性能的运算放大器，并且要很高的增益，通常光-电转换的运算放大器就要用兆欧甚至千兆欧反馈电阻。随之而来的是，运放输入电阻很大，导致运算误差，还有，噪声被放大了、为滤除噪声，电路频带变窄，产生更大的滞后、余辉衰减的形态改变，导致测量误差；另外，高增益的运放也容易工作不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种极微弱光信号的自校正检测电路。

本发明采用以下方案实现：一种极微弱光信号的自校正检测电路，其特征在于：包括一可控光源、一光导纤维、一光电转换单元、一放大单元和一中央处理器，所述中央处理器控制所述可控光源激发荧光一预定时间后关闭所述可控光源，所述中央处理器接收所述放大单元中的信号并将其与一预设值进行比较以判断所述放大单元是否处于运放线性工作区，若不处于运放线性工作区则通过所述中央处理器改变所述放大单元的工作状态后重新判断，若处于运放线性工作区则进行采样测量荧光信号。

在本发明一实施例中，所述可控光源为一带可控驱动电路的LED发光二极管。

在本发明一实施例中，所述光电转换单元包括一PIN光敏二极管。

在本发明一实施例中，所述放大单元为低输入失调电流运算放大器。

在本发明一实施例中，所述中央处理器是一单片机。

本发明能够实现极微弱光信号的精确测量，且具有高信噪比、高精度、高带宽、低成本以及工作稳定等优点。

附图说明

图1是本发明电路原理框图。

图2是本发明控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种极微弱光信号的自校正检测电路，其特征在于：包括一可控光源、一光导纤维、一光电转换单元、一放大单元和一中央处理器，所述中央处理器控制所述可控光源和放大单元，所述可控光源连接所述光导纤维，所述光电转换单元接收所述光导纤维发出的光线，所述光电转换单元连接所述放大单元，所述放大单元连接所述中央处理器；优选的，所述可控光源为一带可控驱动电路的LED发光二极管；所述光电转换单元包括一PIN光敏二极管；所述放大单元为低输入失调电流运算放大器；所述中央处理器是一单片机。

如图2所示，所述中央处理器控制所述可控光源激发荧光一预定时间（如2s）后关闭所述可控光源，所述中央处理器接收所述放大单元中的信号电位并将其与一预设值（如一运放线性工作函数或曲线）进行比较以判断所述放大单元是否处于运放线性工作区，若不处于运放线性工作区则通过所述中央处理器改变所述放大单元的工作状态后重新判断，若处于运放线性工作区则进行采样测量荧光信号。

本发明使用状态反馈技术，自动校正电路工作状态，优化运行环境，实现荧光寿命高精度测量。核心方案在于：使用线性度好的光敏二极管，并设计成低反偏置下工作；电路使用单电源供电以简化电路；V/I变换器选用最大输入偏置电流仅为10fA的运算放大器，反馈电阻及滤波网络时间常数尽量小，电压放大器保证测量电路所需的增益；使用状态反馈技术，通过单片机自动校正电路，优化工作状态。