一种四象限探测器信号放大及处理电路

1.本实用新型涉及光热检测技术领域，尤其涉及一种四象限探测器信号放大及处理电路。


背景技术：

2.在光热检测技术领域，聚焦误差热透镜技术采用四象限差分测量方式，因具有较强的噪声抑制能力和较大侧动态测量范围，成为光热检测领域具有广泛应用前景的技术之一。目前四象限探测器，主要用于激光跟踪、准直、制导、侦查、跟踪等领域，探测信号是四象限探测器1、4象限和2、3象限或1、2象限和3、4象限接收到的探测信号的差别，反应的是探测光束的空间位置。然而，聚焦误差热透镜技术中四象限探测器测量的差分信号为1、3象限和2、4象限接收到的光信号之差，传统四象限探测器不能满足聚焦误差透镜技术对光热差分信号测量的需要。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的缺点和不足，提供一种四象限探测器信号放大及处理电路，从而可解决现有四象限探测器不能满足聚焦误差透镜技术对光热差分信号测量需要的问题。
4.为实现本实用新型目的而提供的一种四象限探测器信号放大及处理电路，包括有四象限探测器、前置放大电路、电压放大电路及信号处理电路，所述前置放大电路包括有第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路、第三跨阻放大电路和第四跨阻放大电路，对应接收四象限探测器中四象限的感光单元输出的信号，所述电压放大电路包括有第一差分放大电路、第二差分放大电路、第三差分放大电路和第四差分放大电路，所述第一跨阻放大电路的信号输出端与第一差分放大电路的信号输入端1、第四差分放大电路的信号输入端2连接，所述第二跨阻放大电路的信号输出端与第一差分放大电路的信号输入端2、第二差分放大电路的信号输入端1连接，所述第三跨阻放大电路的信号输出端与第二差分放大电路的信号输入端2、第三差分放大电路的信号输入端1连接，所述第四跨阻放大电路的信号输出端与第三差分放大电路的信号输入端2、第四差分放大电路的信号输入端1连接，所述信号处理电路包括有第一减法运算电路、第二减法运算电路及加法运算电路，所述第一差分放大电路的信号输出端与第一减法运算电路的信号输入端1、加法运算电路的信号输入端1连接，所述第二差分放大电路的信号输出端与第二减法运算电路的信号输入端1连接，所述第三差分放大电路的信号输出端与第一减法运算电路的信号输入端2、加法运算电路的信号输入端2连接，所述第四差分放大电路的信号输出端与第二减法运算电路的信号输入端2连接。
5.作为上述方案的进一步改进，所述四象限探测器由pin硅光电二极管构成，所述pin硅光电二极管采用反相偏置光电导工作模式。
6.作为上述方案的进一步改进，所述第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路、第三跨阻放大电路和第四跨阻放大电路的内部电路结构一致，所述第一跨阻放大电路、第二跨阻
放大电路、第三跨阻放大电路和第四跨阻放大电路均包括有光电二极管d1、反馈电阻r1和运算放大器u1，所述运算放大器u1的反相输入端2与光电二极管d1的阳极、反馈电阻r1的一端连接，所述运算放大器u1的同相输入端3接地，所述运算放大器u1的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u1的接口7与+vcc电源连接，所述运算放大器u1的输出端6与反馈电阻r1的另一端、各跨阻放大电路的信号输出端连接，所述光电二极管d1的阴极与vcc电源连接。
7.作为上述方案的进一步改进，所述第一差分放大电路、第二差分放大电路、第三差分放大电路和第四差分放大电路的内部电路结构一致，所述差分放大电路包括有电阻r2-r5和运算放大器u2，所述运算放大器u2的反相输入端2与电阻r2-r3的一端连接，所述运算放大器u2的同相输入端3与电阻r4-r5的一端连接，所述运算放大器u2的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u2的接口6与电阻r2的另一端、差分放大电路的信号输出端连接，所述运算放大器的接口7与+vcc电源连接，所述电阻r3的另一端与各跨阻放大电路的信号输出端2连接，所述电阻r4的另一端与各跨阻放大电路的信号输出端1连接，所述电阻r5的另一端接地。
8.作为上述方案的进一步改进，所述第一减法运算电路、第二减法运算电路的内部电路结构一致，所述第一减法运算电路、第二减法运算电路包括有电阻r6-r9及运算放大器u3，所述运算放大器u3的反相输入端2与电阻r6-r7的一端连接，所述运算放大器u3的同相输入端3与电阻r8-r9的一端连接，所述运算放大器u3的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u3的接口6与电阻r6的另一端、减法运算电路的信号输出端连接，所述运算放大器的接口7与+vcc电源连接，所述电阻r7的另一端与各减法运算电路的信号输入端2连接，所述电阻r8的另一端与各减法运算电路的信号输入端1连接，所述电阻r9的另一端接地。
9.作为上述方案的进一步改进，所述加法运算电路包括有电阻r10-r13及运算放大器u4，所述运算放大器u4的反相输入端2与电阻r10-r11的一端连接，所述运算放大器u4的同相输入端3与电阻r12-r13的一端连接，所述运算放大器u4的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u4的接口6与电阻r10的另一端、加法运算电路的信号输出端连接，所述运算放大器的接口7与+vcc电源连接，所述电阻r12的另一端与加法运算电路的信号输入端1连接，所述电阻r13的另一端与加法运算电路的信号输入端2连接，所述电阻r11的另一端接地。
10.本实用新型的有益效果是：
11.与现有技术相比，本实用新型提供的一种四象限探测器信号放大及处理电路，首先采用前置放大电路，经四象限探测器的四路光电流信号变换放大为四路电压信号；然后采用四路差分放大电路对电压信号进行变换，抑制共模噪声，提高信号信噪比；再通过信号处理电路获得聚焦误差热透镜信号测量需要的差分信号。
附图说明
12.图1为本实用新型的实施例一中四象限探测器信号放大与处理电路的原理框图；
13.图2为本实用新型的实施例一中跨阻放大电路的电路图；
14.图3为本实用新型的实施例一中差分放大电路的电路图；
15.图4为本实用新型的实施例一中第一减法运算电路、第二减法运算电路的电路图；
16.图5为本实用新型的实施例一中加法运算电路的电路图。
具体实施方式
17.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明：
18.实施例一
19.如图1-图5所示，一种四象限探测器信号放大及处理电路，包括有四象限探测器、前置放大电路、电压放大电路及信号处理电路，所述前置放大电路包括有第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路、第三跨阻放大电路和第四跨阻放大电路，对应接收四象限探测器中四象限的感光单元输出的信号，所述电压放大电路包括有第一差分放大电路、第二差分放大电路、第三差分放大电路和第四差分放大电路，所述第一跨阻放大电路的信号输出端与第一差分放大电路的信号输入端1、第四差分放大电路的信号输入端2连接，所述第二跨阻放大电路的信号输出端与第一差分放大电路的信号输入端2、第二差分放大电路的信号输入端1连接，所述第三跨阻放大电路的信号输出端与第二差分放大电路的信号输入端2、第三差分放大电路的信号输入端1连接，所述第四跨阻放大电路的信号输出端与第三差分放大电路的信号输入端2、第四差分放大电路的信号输入端1连接，所述信号处理电路包括有第一减法运算电路、第二减法运算电路及加法运算电路，所述第一差分放大电路的信号输出端与第一减法运算电路的信号输入端1、加法运算电路的信号输入端1连接，所述第二差分放大电路的信号输出端与第二减法运算电路的信号输入端1连接，所述第三差分放大电路的信号输出端与第一减法运算电路的信号输入端2、加法运算电路的信号输入端2连接，所述第四差分放大电路的信号输出端与第二减法运算电路的信号输入端2连接。
20.其中：所述四象限探测器由pin硅光电二极管构成，所述pin硅光电二极管采用反相偏置光电导工作模式；所述第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路、第三跨阻放大电路和第四跨阻放大电路的内部电路结构一致，所述第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路、第三跨阻放大电路和第四跨阻放大电路均包括有光电二极管d1、反馈电阻r1和运算放大器u1，所述运算放大器u1的反相输入端2与光电二极管d1的阳极、反馈电阻r1的一端连接，所述运算放大器u1的同相输入端3接地，所述运算放大器u1的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u1的接口7与+vcc电源连接，所述运算放大器u1的输出端6与反馈电阻r1的另一端、各跨阻放大电路的信号输出端连接，所述光电二极管d1的阴极与vcc电源连接；所述第一差分放大电路、第二差分放大电路、第三差分放大电路和第四差分放大电路的内部电路结构一致，所述差分放大电路包括有电阻r2-r5和运算放大器u2，所述运算放大器u2的反相输入端2与电阻r2-r3的一端连接，所述运算放大器u2的同相输入端3与电阻r4-r5的一端连接，所述运算放大器u2的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u2的接口6与电阻r2的另一端、差分放大电路的信号输出端连接，所述运算放大器的接口7与+vcc电源连接，所述电阻r3的另一端与各跨阻放大电路的信号输出端2连接，所述电阻r4的另一端与各跨阻放大电路的信号输出端1连接，所述电阻r5的另一端接地；所述第一减法运算电路、第二减法运算电路的内部电路结构一致，所述第一减法运算电路、第二减法运算电路包括有电阻r6-r9及运算放大器u3，所述运算放大器u3的反相输入端2与电阻r6-r7的一端连接，所述运算放大器u3的同相输入端3与电阻r8-r9的一端连接，所述运算放大器u3的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u3的接口6与电阻r6的另一端、减法运算电路的信号输出端连接，所述运算放大器的接口7与+vcc电源连接，所述电阻r7的另一端与各减法运算电路的信号输入端2连接，所述电阻r8的另一端与各减法运算电路的信号输入端1连接，所述电阻r9的另一端接地；所
述加法运算电路包括有电阻r10-r13及运算放大器u4，所述运算放大器u4的反相输入端2与电阻r10-r11的一端连接，所述运算放大器u4的同相输入端3与电阻r12-r13的一端连接，所述运算放大器u4的接口4与-vcc电源连接，所述运算放大器u4的接口6与电阻r10的另一端、加法运算电路的信号输出端连接，所述运算放大器的接口7与+vcc电源连接，所述电阻r12的另一端与加法运算电路的信号输入端1连接，所述电阻r13的另一端与加法运算电路的信号输入端2连接，所述电阻r11的另一端接地。
21.另外，所述四象限探测器由pin硅光电二极管构成，所述pin硅光电二极管采用反相偏置光电导工作模式，所述光电二极管d1为四象限探测器的pin硅光电二极管，所述运算放大器u1入端电阻小于千兆欧姆量级；
22.四路所述跨阻放大电路将四象限探测器四个pin硅光电二极管的光电流变换放大为电压信号v1、v2、v3、v4，放大增益为-r1；
23.四路所述差分放大电路的差分输入信号分别为v1-v2、v2-v3、v3-v4、v4-v1，增益为r5/r6，输出信号分别为v12、v23、v34、v41；
24.两路所述减法运算电路的输入信号为四路电压放大电路的输出信号，输入信号分别为v12-v34和v23-v41，差分放大电路增益为1；
25.一路所述加法运算器的输入信号为电压放大电路的两路输出信号，输入信号分别为v12和v34，加法运算电路增益为1。
26.本实用新型的四象限探测器信号放大电路，首先采用前置放大电路，经四象限探测器的四路光电流信号变换放大为四路电压信号；然后采用四路差分放大电路对电压信号进行放大，抑制共模噪声，提高信号信噪比；再通过信号处理电路获得聚焦误差热透镜信号测量需要的三种差分信号：(v1+v4)-(v2+v3)、(v1+v3)-(v2+v4)、(v1+v2)-(v3+v4)。
27.以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。