四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光電探測器信號檢測及處理領(lǐng)域，具體涉及一種四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]四象限光電探測器廣泛應(yīng)用于激光準(zhǔn)直，激光測角和激光制導(dǎo)等領(lǐng)域。四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)對四象限光電探測器輸出信號進(jìn)行處理和計算，對系統(tǒng)精度起關(guān)鍵性作用。
[0003]目前四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)主要采用以峰值檢測電路和峰值保持電路為核心的脈沖信號展寬及采集方式進(jìn)行工作，其系統(tǒng)組成如圖1所示。在目標(biāo)指示器脈沖激光的照射下，四象限光電探測器輸出窄脈沖電信號，窄脈沖電信號經(jīng)過前置放大和濾波以滿足數(shù)據(jù)采集的幅度和信噪比要求。峰值保持電路對窄脈沖電信號進(jìn)行展寬，以減輕模數(shù)轉(zhuǎn)換器的帶寬限制。峰值檢測電路的作用是檢測窄脈沖電信號的峰值，為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供準(zhǔn)確的峰值采樣時刻。信號處理單元接收到模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖信號幅值數(shù)字量后控制放電電路對峰值保持電路中的儲能電容進(jìn)行放電，然后對脈沖信號幅值數(shù)字量進(jìn)行計算和處理，得到光斑中心位置信息并輸出至上位機(jī)控制系統(tǒng)。由于峰值保持電路采用跨導(dǎo)放大器對儲能電容進(jìn)行充電來暫存窄脈沖電信號峰值以展寬脈沖寬度，所以儲能電容成為影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部件。由于儲能電容的電荷泄漏以及分立電容參數(shù)的不一致性，導(dǎo)致采集到的激光脈沖信號失真，降低了系統(tǒng)精度。此外，由于分立電容參數(shù)隨溫度變化的特性存在較大的個體差異性，導(dǎo)致四個通道的激光脈沖信號處理增益不一致，光斑中心位置測量精度易受環(huán)境溫度影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有四象限光電探測器處理系統(tǒng)脈沖信號采集失真，系統(tǒng)精度降低且易受環(huán)境溫度影響的問題。
[0005]四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)對四個通道的信號同時采集和處理，包括四個通道的信號調(diào)理電路、高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理單元和探測器增益控制模塊；所述四個通道的信號調(diào)理電路組成結(jié)構(gòu)相同，每個通道的信號調(diào)理電路包括限幅保護(hù)電路、高通濾波器、單端轉(zhuǎn)差分驅(qū)動器和可變增益調(diào)節(jié)模塊；
[0006]四象限光電探測器輸出的窄脈沖信號經(jīng)限幅保護(hù)電路進(jìn)行幅值限幅后進(jìn)入高通濾波器進(jìn)行濾波，消除窄脈沖信號中的低頻分量，所述濾波后的窄脈沖信號經(jīng)單端轉(zhuǎn)差分驅(qū)動器轉(zhuǎn)換為差分信號，所述差分信號進(jìn)入可變增益調(diào)節(jié)模塊，所述可變增益調(diào)節(jié)模塊將調(diào)節(jié)后的差分信號輸入至高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有四個模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，同時采樣四個通道信號調(diào)理電路輸出的差分信號并將差分信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述信號處理單元對高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行采集處理，并將采集的四個通道的數(shù)字信號進(jìn)行計算，獲得光斑中心位置。
[0007]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集四象限光電探測器輸出的窄脈沖電信號，消除了傳統(tǒng)峰值保持電路引入的信號失真，同時消除了分立電容參數(shù)隨溫度變化的個體差異性，由于本發(fā)明所采用的方案具有高集成度，因此對四象限光電探測器輸出的各個通道的窄脈沖電信號的調(diào)理具有更好的一致性，提高了光斑中心位置的計算精度，同時，當(dāng)外界環(huán)境溫度的變化范圍較大時，系統(tǒng)精度受影響很小。
【附圖說明】
[0008]圖1為現(xiàn)有四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明所述的四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明所述的四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)中可變增益調(diào)節(jié)模塊組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4為本發(fā)明所述的四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)中探測器增益控制模塊組成結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一、結(jié)合圖2至圖4說明本實施方式，四象限光電探測器信號處理系統(tǒng)，主要由限幅保護(hù)電路，高通濾波器，單端轉(zhuǎn)差分驅(qū)動器，可變增益調(diào)節(jié)模塊，高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，探測器增益控制模塊和信號處理單元組成。其中，可變增益調(diào)節(jié)模塊由數(shù)模轉(zhuǎn)換器和可變增益放大器組成，探測器增益控制模塊由光耦隔離器和高壓偏置電路組成。
[0013]所述的四象限光電探測器由四個光敏感單元組成，每個光敏感單元在激光指示器照射下輸出窄脈沖電信號。因此四象限光電探測器處理系統(tǒng)需要對四個通道的信號同時進(jìn)行調(diào)理(通道A信號調(diào)理電路、通道B信號調(diào)理電路、通道C信號調(diào)理電路和通道D信號調(diào)理電路)，采集和處理。四個通道的信號調(diào)理電路組成結(jié)構(gòu)相同，均由限幅保護(hù)電路，高通濾波器，單端轉(zhuǎn)差分驅(qū)動器和可變增益調(diào)節(jié)模塊組成。因為四象限光電探測器輸出動態(tài)范圍比較大，所以四象限光電探測器輸出信號進(jìn)入信號調(diào)理模塊后首先由限幅保護(hù)電路進(jìn)行幅值限幅，經(jīng)過幅值限幅后的信號進(jìn)入高通濾波器進(jìn)行濾波，消除低頻分量，濾波后的信號進(jìn)入單端轉(zhuǎn)差分驅(qū)動器，此時四象限光電探測器輸出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成差分信號，為了使單端轉(zhuǎn)差分驅(qū)動器輸出的差分信號能夠適配高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍，需要對該差分信號進(jìn)行放大或衰減，因此單端轉(zhuǎn)差分驅(qū)動器輸出的差分信號進(jìn)入可變增益調(diào)節(jié)模塊。
[0014]可變增益調(diào)節(jié)模塊組成如圖3所示，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器和可變增益放大器組成，其中可變增益放大器將輸入的差分信號進(jìn)行放大或者衰減，其放大或衰減系數(shù)由信號處理單元通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制?？勺冊鲆嬲{(diào)節(jié)模塊將調(diào)節(jié)后的差分信號輸入至高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有四個模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，能夠同時采樣四個通道信號調(diào)理電路輸出的差分信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，信號處理單元對高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行計算處理，根據(jù)信號的幅值控制可變增益調(diào)節(jié)模塊中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而控制可變增益放大器的放大或衰減系數(shù)。當(dāng)可變增益調(diào)節(jié)模塊無法將其輸出的差分信號調(diào)節(jié)至高速差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的輸入范圍時，信號處理單元向探測器增益控制模塊發(fā)出低電壓增益控制信號，探測器增益控制模塊由光耦隔離器和高壓偏置電路組成，如圖4所示，信號處理單元通過向探測器增益控制模塊發(fā)出低電壓增益控制信號，探測器