专利名称：双重补偿式光电转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用在差分光电检测装置中的光电转换器，属于光纤传感技术领域。
在强度型光纤传感器及一些光学传感器中，需要对携带传感信息的光信号进行检测和处理。由于要消除光源波动及杂散光的影响，传感器中传感元输出端的光束往往由信号及补偿光两部分组成，在光电探测器检测这些信号时，需经过差分得到随待测物理量变化的电信号。由于待测信号对光强的调制通常是缓慢的，而且待测信号变化所引起的光强变化是微弱的，因此，光电探测器(例光电二极管)的温度漂移、暗电流和检测装置的零点漂移等都会影响检测信号的精度，甚至使检测的信号严重失真。现有的各种光电检测装置，通常都是采用一次差分的方案检测信号，而将暗电流等作为本底计入探测器的误差，因而使检测信号的精度下降，影响检测结果。
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能消除或减小光电探测器的温漂、暗电流和检测装置零点漂移对检测信号影响的光电转换器。
本实用新型采用双重补偿的方案实现，它由光电管桥路、前置放大器和差分器组成，其特点是光电管桥路由信号光桥路和补偿光桥路构成，每个桥路均由两个光电管和两个电阻形成，两个光电管的负极相连接电源V＋，两个电阻相连接地，电阻和光电管正极相连作为输出端接前置放大器。每个桥路的两个光电管中，一个作为光屏蔽管(通过屏蔽措施，使光对光电管不起作用)，一个为光接收管(分别接收信号光或补偿光)。由于光电二极管即使制作工艺和材料相同，也会因加工及制作上的差异，从而具有不同的温度系数和暗电流，为了修正这些不稳定因素，接收管与屏蔽管采用二元线列硅光电二极管，即每个桥路中的两个光电管制作在同一硅衬底上，通过高精度前置放大器与后级双差分电路匹配，得到所测信号。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点一是由于采用二元线列硅光电二极管，抵消了光电管的暗电流及温度漂移，减少了信号的误差，保证了信号的稳定性；二是通过高精度前置放大器，将二元线列硅光电管桥路与同相并联差分器巧妙地联系在一起，既实现了对微弱直流信号的放大，又起到阻抗变换的作用；三是通过两个桥路，实现了修正光源波动、杂散光影响以及光电管不稳定性等功能；四是通用性强，调试方便，经过在光纤温度传感器、光纤差压传感器及光表面膜压计等项目中实际试用，效果很好。
图1是本实用新型的原理示意图；图2是二元线列硅光电管结构示意图；图3是前置放大器电原理图。
本实用新型可采用附图所示的方案实现。图1中的四个光电二极管D1和D2、D3和D4分别组成两个桥路，接收信号光的D1和光屏蔽的D2与电阻R1和R2组成接收信号光桥路，接收补偿光的D3和光屏蔽的D4与电阻R3和R4组成接收补偿光桥路，a、b、a′、b′分别与前置放大器A1、A2、A3、A4的输入端相连接，A1和A2的输出端与差分器C1的输入端相连，A3和A4的输出端与差分器C2的输入端相连，C1和C2的输出端与差分器C3的输入端相连，电信号由C3的输出端引出。二元线列硅光电管如图2所示，在同一硅衬底上的二元硅光电二极管(1)固定在一个密封的外壳(2)内，外壳一侧的中心位置开有透光孔，正对接收信号光或补偿光的硅光电二极管(3)，光电二极管(4)采用光屏蔽措施，使其不受光的影响；外壳另一侧有三个输输出引线，(5)接b或b′，(6)接a或a′，(7)接电源正极V＋。图3为前置放大器实施例，它由低漂移高精度运算放大器OPO7和电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11及电容C组成，图中所选元件参数的一组参考值，可为R5＝100K，R6＝3.9K，R7＝620K，R8＝100K，R9＝1K，R10＝520K，R11(可变)＝10K。在具体实施中，两组桥路、四个前置放大器和三个差分器组装在一块电路板上，每个桥路的两个光电管和暗电流及温漂系数应尽可能一致，接收信号光和补偿光的两个光电管的响应度也尽可能相同；四个前置放大器的参数尽可能相近；差分器可采用普通的低漂移双差分直流放大器。在调整时，差分器输入端短路时为零输出；四个光电管全不接收信号时为零输出；两个光电管D2和D4实现光屏蔽，D1和D3接受相同光信号时为零输出。
权利要求1.一种用在差分光电检测装置中的光电转换器，由光电管桥路、前置放大器和差分器组成，其特征在于光电管桥路由信号光桥路和补偿光桥路构成，每个桥路均由两个光电管和两个电阻形成，两个光电管的负极相连接电源V+，两个电阻相连接地，电阻和光电管正极相连作为输出端。
2.根据权利要求1所述的光电转换器，其特征在于桥路的两个光电管分别为光屏蔽管和光接收管。
3.根据权利要求1或2所述的光电转换器，其特征在于桥路的两个光电管采用二元线列硅光电二极管，即组成桥路的两个光电管为制作在同一硅衬底上的硅光电二极管。
4.根据权利要求3所述的光电转换器，其特征在于制作在同一硅衬底上的两个硅光电二极管固定在一个密封的外壳内，外壳一侧正对光接收管的位置开有透光孔。
专利摘要双重补偿式光电转换器是一种用在差分光电检测装置中的光电转换器，由光电管桥路、前置放大器和差分器组成，光电管桥路由信号光桥路和补偿光桥路构成，每个桥路均由两个光电管和两个电阻形成，两个光电管采用二元线列硅光电二极管，可以抵消光电管的暗电流和温度漂移，减小信号误差，提高信号的稳定度，具有通用性强、调试方便等特点，可以广泛用于强度型光纤传感器及光学传感器中。
文档编号G01J1/44GK2098021SQ9121310
公开日1992年3月4日 申请日期1991年1月23日 优先权日1991年1月23日
发明者孙小菡, 王树华 申请人:东南大学