一种光电信号分段检测采集装置
阅读说明：本技术 一种光电信号分段检测采集装置 (Photoelectric signal segmentation detection and acquisition device ) 是由 余霞 周海峰 陈坚 吴周令 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光电信号分段检测采集装置,包括有依次连接的光电传感器模块输入接口、跨阻放大电路、放大倍数选择电路和微控制器模块。本发明能够提高采样的精度和分辨率,检测多种型号的光电传感器信号,能智能分段检测较大范围的光电信号,即通过放大倍数选择电路,通过微处理器快速准确地判断出了待测电流信号所处的区间,快速选择一个合理准确的放大倍数电阻,而使电流信号在整个测量范围内的分辨率和精度都有所提高,使要测量的电压在量程范围内。(The invention discloses a photoelectric signal sectional detection and acquisition device which comprises a photoelectric sensor module input interface, a transimpedance amplification circuit, an amplification factor selection circuit and a microcontroller module which are sequentially connected. The invention can improve the sampling precision and resolution, detect the photoelectric sensor signals of various types, and intelligently detect the photoelectric signals in a larger range in a segmented manner, namely, the interval of the current signal to be measured is rapidly and accurately judged by the microprocessor through the amplification factor selection circuit, and a reasonable and accurate amplification factor resistor is rapidly selected, so that the resolution and precision of the current signal in the whole measurement range are improved, and the voltage to be measured is in the range.)
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，具体是一种光电信号分段检测采集装置。
背景技术
随着微电子技术、传感器技术的发展，光电传感器在检测和控制中应用非常广泛，通过把光强度的变化转换成电信号的变化以实现测量、控制功能。光电传感器受待测光照射后，将光信号变成电流或电压信号，由于待测光的功率由几毫瓦到几十瓦，波长也是多种多样，因此光电传感器生成的电流电压信号范围很大，很难用一种测量方法实现整个的测量与控制。如果针对每种都设计一个电路，是非常繁琐复杂的工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光电信号分段检测采集装置，采用分段检测，通过检测到不同的电流，而选择不同放大倍数的电阻，能最大限度的保证采样的精度和分辨率，提高兼容性减小误差。
本发明的技术方案为：
一种光电信号分段检测采集装置，包括有依次连接的光电传感器模块输入接口、跨阻放大电路、放大倍数选择电路和微控制器模块；所述的跨阻放大电路包括有运算放大器U1A，运算放大器U1A的反相输入端与光电传感器模块输入接口连接，运算放大器U1A的同相输入端通过滤波电路接地，运算放大器U1A的反相输入端与电阻R1的一端连接，电阻R2的一端、电阻R3的一端均与电阻R1的另一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1A的输出端连接，电阻R3的另一端接地；所述的放大倍数选择电路包括有运算放大器U2A、滤波电路、多个P沟道MOS场效应管和多个电阻，运算放大器U1A的输出端与运算放大器U2A的反相输入端连接，运算放大器U2A的同相输入端通过滤波电路接地，多个P沟道MOS场效应管和多个电阻的个数相等且一一对应，每个P沟道MOS场效应管的漏极与对应的一个电阻的一端连接，每个P沟道MOS场效应管的源极均与运算放大器U2A的反相输入端连接，每个P沟道MOS场效应管的栅极均与微控制器模块微控制器芯片对应的一个控制引脚连接，运算放大器U2A的输出端、多个电阻的另一端均与微控制器芯片的采集端连接。
所述的微控制器芯片上连接有存储模块。
微控制器芯片上连接有输入输出接口。
运算放大器U1A和运算放大器U2A同相输入端连接的滤波电路均包括有相互并联的一个电阻和两个电容，三者并联组成的滤波电路的一端运算放大器U1A或运算放大器U2A的同相输入端连接，滤波电路的另一端接地。
本发明的优点：
本发明能够提高采样的精度和分辨率，检测多种型号的光电传感器信号，能智能分段检测较大范围的光电信号，即通过放大倍数选择电路，通过微处理器快速准确地判断出了待测电流信号所处的区间，快速选择一个合理准确的放大倍数电阻，而使电流信号在整个测量范围内的分辨率和精度都有所提高，使要测量的电压在量程范围内。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，一种光电信号分段检测采集装置，包括有依次连接的光电传感器模块输入接口PD、跨阻放大电路2、放大倍数选择电路3和微控制器模块4，光电传感器模块输入接口PD用于与光电传感器1连接，可接光电二级管，光电倍增管等，当光照入光电传感器1，光电传感器1将光信号变为电流信号。
见图2，跨阻放大电路包括有运算放大器U1A，运算放大器U1A的反相输入端与光电传感器模块输入接口PD连接，运算放大器U1A的同相输入端通过滤波电路接地，运算放大器U1A的反相输入端与电阻R1的一端连接，电阻R2的一端、电阻R3的一端均与电阻R1的另一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1A的输出端连接，电阻R3的另一端接地；跨阻放大电路将电流转换为电压，采用T型网络并进行第一级放大，通过改变D电阻R3可以获得很高的放大倍数,并且能提高输入阻抗，放大后的电压Uout和输入的电流Iin的关系：Uout＝-Iin*(R1+R2+R1*R2/R3)；
见图2，放大倍数选择电路包括有运算放大器U2A、滤波电路、六个P沟道MOS场效应管Q1-Q6和六个电阻R6-R11，运算放大器U1A的输出端与运算放大器U2A的反相输入端连接，运算放大器U2A的同相输入端通过滤波电路接地，六个P沟道MOS场效应管和六个电阻的个数相等且一一对应，每个P沟道MOS场效应管的漏极与对应的一个电阻的一端连接，每个P沟道MOS场效应管的源极均与运算放大器U2A的反相输入端连接，每个P沟道MOS场效应管的栅极均与微控制器模块微控制器芯片U6对应的一个控制引脚(引脚21-28)连接，运算放大器U2A的输出端、六个电阻的另一端均与微控制器芯U6片的采集端(引脚4)连接；
微控制器芯片U6上连接有存储模块5，存储芯片U7对通讯配置的各项参数和各种指标进行存储；微控制器芯片U6上连接有输入输出接口6，通讯接口芯片U5接收通讯配置参数等并输出采样的各种数据。
微处理器模块4将待测电流信号Iin的区间范围(本实施例为0～100mA)等分成6个子区间(0，Iin1)、(Iin1，Iin2)，……，(Iink-1，Iink)，……，(Iin5，Iin6)，其中1≤k≤6，其输入端电流分别为Iink＝1nA、100nA、0.1uA、10uA、1mA、100mA。通过放大倍数选择电路3，选择一个放大倍数，即将待测电流信号Iin变为电压后放大到(0，3V)(本发明的电压)范围内，Uout＝Aink*Iin*(R1+R2+R1*R2/R3)，采样计数电压的有效值，再通过欧姆定律，得到Iin＝Uout/Aink*(R1+R2+R1*R2/R3)，最后通过电流大小和待测光功率的对应关系，输出正确的待测光功率的大小。
本发明通过将待测电流的区间范围分成N个子区间，得到N个区间分段电流；将区间分段电流与待测电流进行比较，当待测电流在区间分段电流范围内时，通过放大倍数选择电路3选择相应的放大倍数，使待测电流信号Iin变为电压后放大到(0，V)这个范围内；微处理器模块4对放大电路输出的电压信号进行采样，并计算有效的电压值；再通过电压值，计算输入的待测电流值，由电流值得到待测光功率。
其中，运算放大器U1A和运算放大器U2A同相输入端连接的滤波电路均包括有相互并联的一个电阻和两个电容，三者并联组成的滤波电路的一端运算放大器U1A或运算放大器U2A的同相输入端连接，滤波电路的另一端接地。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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