一种紫外功率检测量程拓展装置的制作方法

本发明涉及紫外光功率测量技术领域，具体来说是涉及一种紫外功率检测量程拓展装置。

背景技术：

紫外线是波长为100～400nm的电磁波。它又分为：近紫外线uva，远紫外线uvb和超短紫外线uvc。其中短波紫外线uvc在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收，不能达到地球表面。通常紫外灯管所产生的或检测仪器所检测的紫外线均为uva和uvb。

紫外光度计检测的原理是根据紫外线特定波长，选择特异性光敏元件制作接受元件，当受光器受到紫外线照射时，把光信号转变为电信号，通过放大传输，在紫外辐照计仪表上以电信号或数字信号显示出来。

现有的专利号为cn201610236289.6的发明专利公开了一种宽量程光功率计，该技术方案包括光电探测器、光电信号放大及模数转换采集电路、控制计算单元和光衰减器，该技术方案使用光衰减器用以拓展紫外线功率的检测量程，该种拓展量程的方式在紫外光较弱时分辨率会降低，在紫外光较强时，虽然可以正常采集，但精度会降低。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种能够大大提高检测的量程，并且全量程范围内都有较高精度的紫外功率检测量程拓展装置。

为了达到本发明的目的，技术方案如下：

一种紫外功率检测量程拓展装置，其特征在于，包括紫外光电二级管、信号调理模块、求差放大模块、次级放大模块、模数转换模块、主控制器、比较器和数模转换模块，所述紫外光电二极管与信号调理模块连接，所述信号调理模块通过模拟信号线依次与求差放大模块和次级放大模块连接，所述次级放大模块的输出端分别与模数转换模块和比较器的输入端连接，所述模数转换模块和比较器的输出端分别与主控制器连接，所述主控制器通过dac控制线调节数模转换模块的输出电压，所述数模转换模块的输出端通过偏置信号线与求差放大模块连接。

作为优选的技术方案，所述信号调理模块由电流转电压模块、初级放大电路和调零电路构成，所述紫外光电二极管接收紫外光电输出电流信号后经电流转电压模块转换为模拟电压信号，所述初级放大电路接收到电流转电压模块输出的模拟电压信号后进行放大输出，通过模拟信号线与求差放大模块连接，所述调零电路与初级放大电路连接。

作为优选的技术方案，所述求差放大模块由低通滤波器、第一电压跟随器和仪表放大器构成，所述低通滤波器的输出端与仪表放大器的正输入端连接，所述低通滤波器的输入端通过模拟信号线与信号调理模块连接，所述第一电压跟随器的输出端与仪表放大器的负输入端连接，所述第一电压跟随器的输入端通过偏置信号线与数模转换模块连接，所述仪表放大器的输出端与次级放大模块连接。

作为优选的技术方案，所述次级放大模块由同相放大器、电阻网络和模拟开关构成，所述同相放大器的输入端与求差放大模块连接，输出端分别与模数转换模块和比较器连接，所述比较器通过比较结果输出线将数据传输至主控制器，所述主控制器通过放大倍数控制线经模拟开关和电阻网络后与同相放大器连接，用以调节次级放大模块的放大倍数。

作为优选的技术方案，所述主控制器由微处理器和晶振构成，所述晶振与微处理器连接，所述微处理器分别与模数转换模块、比较器、次级放大模块和数模转换模块连接。

作为优选的技术方案，所述数模转换模块由dac芯片和第二电压跟随器构成，所述模数转换模块由adc芯片和基准源构成，所述adc芯片通过基准源与dac芯片连接，所述主控制器通过dac控制线与dac芯片连接，用以调节输出电压，所述数模转换模块经第二电压跟随器后通过偏置信号线与求差放大模块连接，所述adc芯片通过adc输出线与主控制器连接，所述adc芯片的输入端与次级放大模块连接。

本发明的有益效果为：微处理器通过比较器快速得到紫外光功率的大致强弱情况。当紫外光功率较小时，微处理器控制数模转换模块降低偏置，然后增加次级放大模块的放大倍数，在微弱光强下，仍能有良好的分辨率，使得采集装置的最低量程得到拓展；当紫外光功率很大时，微处理器控制数模转换模块提高偏置，并降低次级放大倍数，使得最终输出电压在合理的范围内，增加了最大量程的同时不牺牲精度。

附图说明

图1为本发明一种紫外功率检测量程拓展装置的结构示意框图；

图2为图1中信号调理模块的结构示意框图；

图3为图1中求差放大模块的结构示意框图；

图4为图1中次级放大模块的结构示意框图；

图5为图1中模数转换模块和数模转换模块的结构示意框图；

图6为图1中主控制器的结构示意框图。

图中：2-紫外光电二极管；7-信号调理模块；8-求差放大模块；9-次级放大模块；10-模数转换模块；11-主控制器；12-比较器；13-数模转换模块；14-电流转电压模块；15-初级放大电路；16-调零电路；17-模拟信号线；18-偏置信号线；19-低通滤波器；20-第一电压跟随器；21-仪表放大器；23-同相放大器；24-电阻网络；25-模拟开关；26-比较结果输出线；27-放大倍数控制线；28-dac控制线；29-dac芯片；30-第二电压跟随器；31-基准源；32-adc芯片；33-adc输出线；34-微处理器；35-晶振。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特性能易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参看图1～6，一种紫外功率检测量程拓展装置，包括紫外光电二级管2、信号调理模块7、求差放大模块8、次级放大模块9、模数转换模块10、主控制器11、比较器12和数模转换模块13，紫外光电二极管2与信号调理模块7连接，信号调理模块7通过模拟信号线17依次与求差放大模块8和次级放大模块9连接，次级放大模块9的输出端分别与模数转换模块10和比较器12的输入端连接，模数转换模块10和比较器12的输出端分别与主控制器11连接，主控制器11通过dac控制线28调节数模转换模块13的输出电压，数模转换模块13的输出端通过偏置信号线18与求差放大模块8连接。

在本实施例中，信号调理模块7由电流转电压模块14、初级放大电路15和调零电路16构成，紫外光电二极管2接收紫外光电输出电流信号后经电流转电压模块14转换为模拟电压信号，初级放大电路15接收到电流转电压模块14输出的模拟电压信号后进行放大输出，通过模拟信号线17与求差放大模块8连接，调零电路16与初级放大电路15连接。

在本实施例中，求差放大模块8由低通滤波器19、第一电压跟随器20和仪表放大器21构成，低通滤波器19的输出端与仪表放大器21的正输入端连接，低通滤波器19的输入端通过模拟信号线17与信号调理模块7连接，第一电压跟随器20的输出端与仪表放大器21的负输入端连接，第一电压跟随器20的输入端通过偏置信号线18与数模转换模块13连接，仪表放大器21的输出端与次级放大模块9连接。

在本实施例中，次级放大模块9由同相放大器23、电阻网络24和模拟开关25构成，同相放大器23的输入端与求差放大模块8连接，输出端分别与模数转换模块10和比较器12连接，比较器12通过比较结果输出线26将数据传输至主控制器11，主控制器11通过放大倍数控制线27经模拟开关25和电阻网络24后与同相放大器23连接，用以调节次级放大模块9的放大倍数。

在本实施例中，主控制器11由微处理器34和晶振35构成，晶振35与微处理器34连接，微处理器34分别与模数转换模块10、比较器12、次级放大模块9和数模转换模块13连接。

在本实施例中，数模转换模块13由dac芯片29和第二电压跟随器30构成，模数转换模块10由adc芯片32和基准源31构成，adc芯片32通过基准源31与dac芯片29连接，主控制器11通过dac控制线28与dac芯片29连接，用以调节输出电压，数模转换模块13经第二电压跟随器30后通过偏置信号线18与求差放大模块8连接，adc芯片32通过adc输出线33与主控制器11连接，adc芯片32的输入端与次级放大模块9连接。

本实施例的工作原理为：紫外光电二极管2接收紫外光后输出电流信号，经电流转电压模块14后转换为模拟电压信号，经放大后通过模数转换模块10转换为数字信号输出；微处理器34通过比较器12快速得到紫外光功率的大致强弱情况。当紫外光功率较小时，微处理器34控制数模转换模块13降低偏置，然后增加次级放大模块9的放大倍数，在微弱光强下，仍能有良好的分辨率，使得采集装置的最低量程得到拓展；当紫外光功率很大时，微处理器34控制数模转换模块13提高偏置，并降低次级放大倍数，得最终输出电压在合理的范围内，增加了最大量程的同时不牺牲精度；在模数转换模块10同时采集数模转换模块13输出的偏置电压和光强信号电压；模数转换模块10的转换结果和数模转换模块13的偏置相加，结合放大倍数，即可计算出紫外光功率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。