本發(fā)明涉及光檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多量程光檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

光信號(hào)檢測(cè)技術(shù)成為眾多工程應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù),其中功能近紅外光譜成像技術(shù)中對(duì)光信號(hào)特別是微弱光信號(hào)的檢測(cè)具有很高的要求。現(xiàn)有光信號(hào)檢測(cè)裝置主要由偏置電源、光傳感器和放大電路組成，其不具有光檢測(cè)反饋和增益調(diào)節(jié)功能，雖然具有很高的檢測(cè)靈敏度，但是有一定的電壓輸出限制，檢測(cè)的光強(qiáng)范圍有限。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)有技術(shù)遇到變化范圍大的光強(qiáng)信號(hào)時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)輸出信號(hào)飽和。所以針對(duì)不同光強(qiáng)的檢測(cè)需要選用不同量程或不同靈敏度的光信號(hào)檢測(cè)裝置。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是整個(gè)裝置甚至整個(gè)設(shè)備的應(yīng)用范圍受到限制。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種多量程光檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)不同強(qiáng)度的光信號(hào)檢測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種多量程光檢測(cè)裝置。該裝置包括整體量程控制模塊、峰值檢測(cè)反饋模塊、調(diào)節(jié)模塊、電壓增益控制模塊、偏置電源、光傳感器、放大增益控制模塊、基線設(shè)置模塊、溫度補(bǔ)償模塊和放大器；其中，整體量程控制模塊接收放大器輸出的放大信號(hào)并判斷放大信號(hào)是否在檢測(cè)量程范圍內(nèi)，若否，則接收峰值檢測(cè)反饋模塊反饋來(lái)的電壓反饋信號(hào)，并向放大增益控制模塊、調(diào)節(jié)模塊和基線設(shè)置模塊發(fā)送第一電壓控制信號(hào)。峰值檢測(cè)反饋模塊檢測(cè)放大器輸出的放大信號(hào)或基線設(shè)置模塊設(shè)置的光檢測(cè)基線水平，并向整體量程控制模塊輸出電壓反饋信號(hào)。調(diào)節(jié)模塊接收整體量程控制模塊傳輸?shù)牡谝浑妷嚎刂菩盘?hào)，并向電壓增益控制模塊輸出調(diào)節(jié)信號(hào)。電壓增益控制模塊將調(diào)節(jié)模塊輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)與溫度補(bǔ)償模塊輸出的溫度補(bǔ)償信號(hào)疊加，并向偏置電源輸出第二電壓控制信號(hào)。偏置電源接收第二電壓控制信號(hào)，并根據(jù)第二電壓控制信號(hào)產(chǎn)生偏置電壓，并向光傳感器輸出偏置電壓。光傳感器加載偏置電壓，將待檢測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)輸送至放大器。放大增益控制模塊接收整體量程控制模塊的第一電壓控制信號(hào)，產(chǎn)生增益控制信號(hào)，以控制放大器的增益?；€設(shè)置模塊接收整體量程控制模塊的第一電壓控制信號(hào)，并生成光檢測(cè)基線水平。溫度補(bǔ)償模塊向電壓增益控制模塊輸出溫度補(bǔ)償信號(hào)。放大器接收放大增益控制模塊發(fā)送來(lái)的增益控制信號(hào)，并對(duì)光傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大，輸出放大信號(hào)并將放大信號(hào)輸送至整體量程控制模塊和峰值檢測(cè)反饋模塊。該技術(shù)方案通過(guò)電壓增益控制光傳感器，通過(guò)放大增益控制模塊控制放大器，峰值檢測(cè)反饋模塊進(jìn)行反饋，整體量程控制模塊確定是否符合檢測(cè)量程，由整體量程控制模塊選擇合適的整體增益，以匹配需要檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了大范圍內(nèi)不同強(qiáng)度的光信號(hào)檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)信號(hào)的情況示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多量程光檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多量程光檢測(cè)裝置進(jìn)行光檢測(cè)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例的主要構(gòu)思是通過(guò)電壓增益控制光光傳感器偏置電源，通過(guò)放大器增益控制多級(jí)放大電路，峰值檢測(cè)反饋整體增益是否符合檢測(cè)量程，由整體量程控制部分選擇合適的整體增益，以匹配需要檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)。

圖1示例性地示出了本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)信號(hào)的主要情況：①檢測(cè)的光信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)，光強(qiáng)變化較大；②檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)較強(qiáng)，光強(qiáng)變化小；③檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)較弱，光強(qiáng)變化小。

圖2示例性地示出了一種多量程光檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，該多量程光檢測(cè)裝置200可以包括：整體量程控制模塊201、峰值檢測(cè)反饋模塊208、調(diào)節(jié)模塊202、電壓增益控制模塊203、偏置電源204、光傳感器205、放大增益控制模塊210、基線設(shè)置模塊207、溫度補(bǔ)償模塊206和放大器209。其中，整體量程控制模塊201用于接收峰值檢測(cè)反饋模塊208輸出的反饋信號(hào)并判斷放大信號(hào)是否在檢測(cè)量程范圍內(nèi)，若否，則接收峰值檢測(cè)反饋模塊208反饋來(lái)的電壓反饋信號(hào)，并向放大增益控制模塊210、調(diào)節(jié)模塊202和基線設(shè)置模塊207發(fā)送第一電壓控制信號(hào)。峰值檢測(cè)反饋模塊208用于檢測(cè)放大器209輸出的放大信號(hào)并將電壓反饋信號(hào)傳輸至整體量程控制模塊201。調(diào)節(jié)模塊202用于接收整體量程控制模塊201傳輸?shù)牡谝浑妷嚎刂菩盘?hào)，并向電壓增益控制模塊203輸出調(diào)節(jié)信號(hào)。電壓增益控制模塊203用于將調(diào)節(jié)模塊202輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)與溫度補(bǔ)償模塊206輸出的溫度補(bǔ)償信號(hào)疊加，并向偏置電源204輸出第二電壓控制信號(hào)。偏置電源204用于接收第二電壓控制信號(hào)，并根據(jù)第二電壓控制信號(hào)產(chǎn)生偏置電壓，并向光傳感器205輸出偏置電壓。光傳感器205用于加載偏置電壓，將待檢測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)輸送至放大器209。放大增益控制模塊210用于接收整體量程控制模塊201的第一電壓控制信號(hào)，以控制放大器209的增益。基線設(shè)置模塊207用于接收整體量程控制模塊201的第一電壓控制信號(hào)，并生成光檢測(cè)基線水平。溫度補(bǔ)償模塊206用于輸出溫度補(bǔ)償信號(hào)。放大器209用于對(duì)光傳感器205輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大，輸出放大信號(hào)并將放大信號(hào)輸送至峰值檢測(cè)反饋模塊208。

在本實(shí)施例中，整體量程控制模塊向調(diào)節(jié)模塊、放大增益控制模塊和基線設(shè)置模塊分別輸出第一電壓控制信號(hào)，接收峰值檢測(cè)反饋部分的反饋信號(hào)并判斷放大器的放大信號(hào)是否在檢測(cè)量程范圍內(nèi)，若否，則根據(jù)所述峰值檢測(cè)反饋模塊反饋來(lái)的電壓反饋信號(hào)，調(diào)整調(diào)節(jié)模塊、基線設(shè)置模塊和放大增益控制模塊及電壓增益控制模塊，以重新確定檢測(cè)量程；其中，整體量程控制模塊接收峰值檢測(cè)反饋模塊反饋的反饋信息，并根據(jù)反饋信息調(diào)整各控制部分的增益水平，保證光檢測(cè)信號(hào)從放大器的有效輸出；通過(guò)調(diào)節(jié)模塊調(diào)整光傳感器的電源電壓從而改變光傳感器的靈敏度，以控制光量程檢測(cè)范圍。整體量程控制模塊設(shè)定基線設(shè)置模塊，基線設(shè)置模塊配合放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)輸出基線的設(shè)置，可在檢測(cè)的光強(qiáng)較高時(shí)降低輸出電壓，防止飽和，從而以更小的輸出電壓值反映更高的光強(qiáng)檢測(cè)值。

其中，檢測(cè)量程范圍可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。

在上述實(shí)施例中，峰值檢測(cè)反饋模塊具體可以包括電壓比較電路和反饋單元。其中，電壓比較電路用于檢測(cè)放大器輸出的放大信號(hào)是否飽和或低于基線設(shè)置模塊設(shè)置的光檢測(cè)基線水平。反饋單元在檢測(cè)到放大器輸出的放大信號(hào)飽和或低于基線設(shè)置模塊設(shè)置的光檢測(cè)基線水平的情況下，向整體量程控制模塊輸出電壓反饋信號(hào)。

上述峰值檢測(cè)反饋模塊將電壓反饋信號(hào)反饋給整體量程控制模塊，并經(jīng)放大增益控制模塊和放大器，使放大器的增益符合檢測(cè)光強(qiáng)范圍從而輸出有效的檢測(cè)值。峰值檢測(cè)反饋模塊可以確保光檢測(cè)信號(hào)的有效。

在上述實(shí)施例中，調(diào)節(jié)模塊具體可以包括模擬調(diào)節(jié)單元和數(shù)字調(diào)節(jié)單元。其中，模擬調(diào)節(jié)單元通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)模擬器件配合數(shù)字調(diào)節(jié)單元共同完成電壓增益控制，可以方便使用者根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行操作。整體量程控制模塊還通過(guò)數(shù)字調(diào)節(jié)單元，并經(jīng)電壓增益控制模塊和偏置電源，來(lái)調(diào)整光傳感器的電源電壓。

在上述實(shí)施例中，電壓增益控制模塊將調(diào)節(jié)模塊輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)與溫度補(bǔ)償模塊輸出的溫度補(bǔ)償信號(hào)疊加，并向偏置電源輸出第二電壓控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)偏置電源的偏置電壓。電壓增益控制模塊可以使偏置電源輸出的偏置電壓符合光傳感器的溫度變化規(guī)律，從而保證光傳感器增益的穩(wěn)定，使之不受溫度變化的影響。

在上述實(shí)施例中，放大增益控制模塊接收整體量程控制模塊的第一電壓控制信號(hào)，產(chǎn)生增益控制信號(hào)，以控制放大器的增益，從而控制放大器輸出的放大信號(hào)。

在上述實(shí)施例中，基線設(shè)置模塊配合放大器設(shè)置光檢測(cè)基線水平。在檢測(cè)的光強(qiáng)較高時(shí)，基線設(shè)置模塊降低輸出電壓，防止飽和，能以更小的輸出電壓值反映更高的光強(qiáng)檢測(cè)值。

在上述實(shí)施例中，溫度補(bǔ)償模塊輸出溫度補(bǔ)償信號(hào)，可以保證光傳感器電壓的調(diào)節(jié)變化符合光傳感器的靈敏度隨溫度變化的趨勢(shì)，輸出溫度補(bǔ)償信號(hào)。

溫度補(bǔ)償模塊具體可以包括：比例運(yùn)算電路和加減運(yùn)算電路及溫度傳感器。其中，溫度傳感器檢測(cè)光傳感器的溫度，得到溫度信號(hào)，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再通過(guò)比例運(yùn)算電路和加減運(yùn)算電路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，生成溫度補(bǔ)償信號(hào)，再將溫度補(bǔ)償信號(hào)傳輸至電壓增益控制模塊，再控制光傳感器，使得光傳感器的偏置電壓信號(hào)符合光傳感器的靈敏度隨溫度變化的規(guī)律。

在上述實(shí)施例中，放大器接收放大增益控制模塊發(fā)送的增益控制信號(hào)，并對(duì)光傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大，輸出放大信號(hào)并將該放大信號(hào)輸送至峰值檢測(cè)反饋模塊。整體量程控制模塊接收到峰值檢測(cè)反饋模塊反饋的電壓反饋信號(hào)，向放大增益控制模塊輸出第一電壓控制信號(hào)，放大增益控制模塊通過(guò)該第一電壓控制信號(hào)進(jìn)一步控制放大器的增益，使增益符合檢測(cè)光強(qiáng)范圍從而輸出有效的檢測(cè)值。優(yōu)選地，放大器為多級(jí)放大器。

在上述實(shí)施例中，偏置電源接收電壓增益控制模塊傳輸來(lái)的控制電壓信號(hào)，并向光傳感器輸出偏置電壓。所以，偏置電壓的大小決定光光傳感器的靈敏度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多量程光檢測(cè)裝置中，整體量程控制模塊向調(diào)節(jié)模塊、電壓增益控制模塊、放大增益控制模塊和基線設(shè)置模塊分別輸出電壓控制信號(hào)，接收峰值檢測(cè)反饋模塊的反饋信號(hào)并根據(jù)反饋信號(hào)判斷放大信號(hào)是否在檢測(cè)量程范圍內(nèi)，若否，則調(diào)整調(diào)節(jié)模塊中的數(shù)字調(diào)節(jié)單元、基線設(shè)置模塊和放大增益控制模塊及電壓增益控制模塊，以重新確定檢測(cè)量程，由此保證了光檢測(cè)信號(hào)的有效輸出。

通過(guò)光傳感器的靈敏度、光檢測(cè)基線水平和多級(jí)放大倍數(shù)三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)光檢測(cè)量程的確定。如果峰值檢測(cè)反饋模塊檢測(cè)到的光檢測(cè)輸出信號(hào)飽和，說(shuō)明光檢測(cè)量程偏小，則整體量程控制部分通過(guò)改變輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)電壓增益控制、基線設(shè)置和放大增益控制來(lái)改變光傳感器靈敏度和多級(jí)放大增益、提高基線水平，從而增大相應(yīng)量程。如果峰值檢測(cè)到的光檢測(cè)輸出信號(hào)低于基線水平，說(shuō)明光檢測(cè)量程偏大，則整體量程檢測(cè)部分作相反的調(diào)整以減小量程。這樣光檢測(cè)輸出始終在有效的范圍之內(nèi)。而且更進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例在接受峰值檢測(cè)反饋模塊反饋并調(diào)節(jié)放大器的電壓和增益的同時(shí)可以根據(jù)調(diào)節(jié)輸出控制電壓的大小確定光強(qiáng)范圍。

圖3示例性地示出了多量程光檢測(cè)裝置進(jìn)行光檢測(cè)示意圖。其中，當(dāng)不同光強(qiáng)信號(hào)照射到多量程光檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)器會(huì)根據(jù)所照射的光強(qiáng)調(diào)節(jié)至合適的量程范圍。如果光強(qiáng)變大超出現(xiàn)有量程范圍，則檢測(cè)器會(huì)降低增益，增大量程，確保輸出信號(hào)有效。如果光強(qiáng)變小，則檢測(cè)器會(huì)提高增益，減小量程。如果光強(qiáng)信號(hào)微弱并且變化小，則檢測(cè)器會(huì)進(jìn)一步提高增益，把量程減小至光強(qiáng)對(duì)應(yīng)范圍，最大程度提高靈敏度以檢測(cè)微弱變化的光信號(hào)。

下面以一優(yōu)選實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提出的多量程光檢測(cè)裝置的使用情況。其中，使用多級(jí)放大器，并且調(diào)節(jié)模塊采用數(shù)字調(diào)節(jié)單元和模擬調(diào)節(jié)單元。

在使用過(guò)程中，光傳感器接收到被檢測(cè)的光信號(hào)后，整體量程控制模塊首先根據(jù)峰值檢測(cè)反饋模塊的輸出反饋信息判斷當(dāng)前量程是否符合檢測(cè)需求。如果檢測(cè)光強(qiáng)較大且光信號(hào)強(qiáng)度的變化也較大以導(dǎo)致當(dāng)前檢測(cè)量程不足時(shí)，則整體量程控制模塊通過(guò)放大增益控制模塊降低多級(jí)放大器的增益以及通過(guò)數(shù)字調(diào)節(jié)單元調(diào)整電壓增益控制模塊來(lái)降低光傳感器的靈敏度，從而使對(duì)應(yīng)的光檢測(cè)量程增大以符合當(dāng)前的光信號(hào)強(qiáng)度。如果檢測(cè)光強(qiáng)較大而光信號(hào)強(qiáng)度變化較小，則整體量程控制模塊首先通過(guò)基線設(shè)置模塊降低輸出信號(hào)強(qiáng)度以避免飽和，然后整體量程控制模塊再根據(jù)峰值檢測(cè)反饋模塊的電壓反饋信號(hào)判斷當(dāng)前量程是否符合光信號(hào)強(qiáng)度變化范圍，若量程不足，則繼續(xù)通過(guò)放大增益控制模塊降低多級(jí)放大器的增益以及通過(guò)數(shù)字調(diào)節(jié)單元調(diào)整電壓增益控制模塊來(lái)降低光傳感器的靈敏度，從而增大量程；若量程偏大則通過(guò)放大增益控制模塊提高多級(jí)放大器的增益以及通過(guò)數(shù)字調(diào)節(jié)單元調(diào)整電壓增益控制模塊來(lái)提高光傳感器的靈敏度，以減小量程，從而保證光信號(hào)檢測(cè)的最大靈敏度。如果檢測(cè)光強(qiáng)較弱，則整體量程控制模塊通過(guò)放大增益控制模塊提高多級(jí)放大器的增益以及通過(guò)數(shù)字調(diào)節(jié)單元調(diào)整電壓增益控制模塊來(lái)提高光傳感器的靈敏度，從而使對(duì)應(yīng)的光檢測(cè)量程減小，使得整體靈敏度最大限度提高，以符合當(dāng)前的光信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)，同時(shí)由峰值檢測(cè)反饋模塊實(shí)施反饋，最終輸出信號(hào)，保證信號(hào)檢測(cè)的有效。模擬調(diào)節(jié)單元?jiǎng)t可以通過(guò)調(diào)節(jié)電壓增益控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)量程及靈敏度的手動(dòng)調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，在使用過(guò)程中更加方便。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述多量程光檢測(cè)裝置實(shí)施例還可以包括一些其他的公知結(jié)構(gòu)，例如處理器、控制器、存儲(chǔ)器和總線等，其中，存儲(chǔ)器包括但不限于隨機(jī)存儲(chǔ)器、閃存、只讀存儲(chǔ)器、可編程只讀存儲(chǔ)器、易失性存儲(chǔ)器、非易失性存儲(chǔ)器、串行存儲(chǔ)器、并行存儲(chǔ)器或寄存器等，處理器包括但不限于單核處理器、多核處理器、基于X86架構(gòu)的處理器、CPLD/FPGA、DSP、ARM處理器、MIPS處理器等，總線可以包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。為了不必要地模糊本公開(kāi)的實(shí)施例，這些公知的結(jié)構(gòu)未在圖2中示出。

上述各實(shí)施例之間可以相互參考，在此不再贅述。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。