[发明专利]位置敏感探测器输出信号的处理电路与处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测领域，特别是一种位置敏感探测器输出信号的处理电路与处理方法。

背景技术

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector，以下简称为PSD)是一种利用半导体PN结的横向光电效应工作的位置敏感探测器件。它不仅具有灵敏度高、位置分辨率高和良好的瞬态响应特性，并且其检测位置输出只与光斑能量中心有关，与光斑形状和大小无关。因此，PSD广泛应用于微位移测量、空间通信、粒子物理、高能物理、生物医学、闪烁成像、半导体制造等领域。

在先技术1“一种PSD信号的处理方法”(中国申请号201310151842.2)，这种方法是在PSD前面放置脉冲光源，当脉冲光源发出脉冲光时，PSD信号经放大后由AD采集；当脉冲光源关闭时，PSD信号经放大后由AD采集。AD第一次采集到的数据与第二次采集到的数据相减，得到脉冲光源的真实信号。这种方法可以消除背景光的干扰，但是这种方法用到的脉冲光源需具有一定的脉冲宽度，PSD能够输出稳定的信号，使得PSD的信号能够被AD直接采集。因此，此方法对脉冲激光的脉冲宽度和重复频率都有一定的要求。

在先技术2“一种基于调制光的PSD信号单通道处理方法及处理电路”(中国申请号201210083070.9)，这种方法首先通过调制激光产生调制光信号，利用激光三角法使光斑成像于PSD上，然后通过I-V转换电路将PSD两端输出的电流信号转换为电压信号，接着通过电子开关切换将两路信号用同一信号处理通道来进行后续信号处理。后续电路主要包括比例放大、高阶带通滤波、峰值检波和AD转换电路。这种峰值检波法虽然降低了系统对AD转换电路的频率要求，但是PSD在短脉冲光下的输出信号的时间很短，只有几微秒，峰值检波很难捕捉到信号。同时，尽管采用电子开关切换的方法使用同一通道对PSD输出的两路信号进行处理，但只能分时对两路信号进行处理，若在对第二路信号进行处理时突遇光斑位置的变化，则可能给出错误的位置信息。

发明内容

针对上述在先技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种在短脉冲激光照射下的位置敏感探测器输出信号的处理电路与处理方法。本发明具有多组独立的前端处理电路，能够同步处理多路PSD信号；采用积分保持电路，能够处理短脉冲激光照射下PSD的输出信号；多组PSD信号由同一组输出通道分时输出，节约数据采集硬件资源；采用差分输出电路，提高了装置的抗干扰性。

本发明采用以下技术方案实现：

一种脉冲激光照射下位置敏感探测器输出信号的处理电路，其特点在于由前端处理电路、通道切换电路和输出电路组成，所述的前端处理电路包括多组功能完全相同的子电路，每一组子电路处理一个PSD输出的电流信号，所以，前端处理电路所包括子电路的数量等于需要处理的PSD的数量；每组子电路均包括4个I-V变换电路、3个运算电路和3个积分保持电路；所述的前端处理电路的输入为PSD输出的电流信号，输出信号为通道切换电路的输入信号；

所述I-V变换电路的作用是把PSD输出的电流信号转化为电压信号，其输入为PSD输出的电流信号I_x1、I_x2、I_y1和I_y2，输出信号为相应的电压信号V_x1、V_x2、V_y1和V_y2，并作为运算电路的输入；

所述的运算电路的作用是把信号处理为能够反映光斑在PSD上的位置的信号，其输入信号为I-V变换的输出信号V_x1、V_x2、V_y1和V_y2，输出信号为DX～、DY～以及SUM～作为积分保持电路的输入信号；

所述积分保持电路的作用是把很窄的信号转换为具有一定宽度的信号，方便后续采集。其输入信号为运算电路的输出信号DX～、DY～以及SUM～，输出信号DX、DY以及SUM作为通道切换电路的输入；积分保持电路的积分或保持状态由电路中信号输入开关和充电开关控制。所述子电路中的3个积分电路的3个信号输入开关和3个充电开关应同时打开或关闭。