微弱光电流检测电路的制作方法

本发明属于微弱信号检测领域，特别涉及一种光电探测器的微弱光电流检测电路。

背景技术：

光电探测器通过光电效应来捕获光的辐射能量，输出微弱的电流信号，实现了光信号到电信号的转换。光电流等微弱信号测量领域,测量微弱信号过程中极易受到环境因素的干扰,严重时微弱信号甚至会被淹没在背景噪声中。在这种微弱信号的测量中,某个环节的一个微小缺陷就会使测量精度严重恶化，由于探测器输出的电流信号很微弱，必须对信号进行放大然后再传输。因为背景噪声、电路噪声、元器件噪声的影响，要输出精确的放大电压输出信号有较大的难度况且微弱的电压信号并不适宜远距离传输到数据采集/读取模块，同时传输路径上易引入噪声影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微弱光电流检测电路，将光电探测器检测的微弱光电流放大为适合长距离传输的标准4～20ma电流信号。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种微弱光电流检测电路，包括i/v转换电路、v/i转换电路与电流输出环路；其中，i/v转换电路用于将光电探测器det检测的微弱光电流is转换为电压信号，i/v转换电路包括光电探测器det和与光电探测器det相互并联的可调电阻r2；v/i转换电路包括芯片xtr101，芯片xtr101接入可调电阻r2的两端，用于将电压信号转化为标准4～20ma电流信号，再通过电流输出环路输出。

上述技术方案中，i/v转换电路采集光电探测器det的微弱光电流is，通过可调电阻r2将其转换为电压信号vr2，芯片xtr101包含4～20ma两线制变送器微型电路，具有良好的仪表放大器输入特性，将电压信号vr2进行变换及放大转化为标准4～20ma电流信号，通过电流输出环路输出，最终将微弱光电流转换成远距离传送且不易受干扰的标准电流信号。

附图说明

图1为本发明电路图；

图2为输入电流is与输出电流io曲线图。

具体实施方式

结合图1、2对本发明做出进一步的说明：

一种微弱光电流检测电路，包括i/v转换电路、v/i转换电路与电流输出环路；其中，i/v转换电路用于将光电探测器det检测的微弱光电流is转换为电压信号，i/v转换电路包括光电探测器det和与光电探测器det相互并联的可调电阻r2；v/i转换电路包括芯片xtr101，芯片xtr101接入可调电阻r2的两端，用于将电压信号转化为标准4～20ma电流信号，再通过电流输出环路输出。i/v转换电路采集光电探测器det的微弱光电流is，通过可调电阻r2将其转换为电压信号vr2，芯片xtr101包含4～20ma两线制变送器微型电路，具有良好的仪表放大器输入特性，将电压信号vr2进行变换及放大转化为标准4～20ma电流信号，通过电流输出环路输出，最终将微弱光电流转换成远距离传送且不易受干扰的标准电流信号。

所述的光电探测器det的正极、可调电阻r2的一端同时接入芯片xtr101的4脚，光电探测器det的负极、可调电阻r2的另一端同时接入芯片xtr101的3、12、13脚，芯片xtr101的1、2脚之间设有调零电阻zeroad，调零电阻zeroad同时接入芯片xtr101的16脚。芯片xtr101负责采集可调电阻r2两端的电压信号vr2＝is×r2，并将其转换为电流信号，经增益调节转换为标准4～20ma电流信号io输出，其中调零电阻zeroad的作用是为了将芯片xtr101的输出电流io至少调节为4ma，满足标准电流信号的最低要求。

所述的芯片xtr101的5、6脚之间设有调节电阻span，芯片xtr101的12、13脚为两个1ma恒流源与相互并联的电容c1、电阻r1的输入端连接，电容c1、电阻r1的输出端与xtr101的7脚连接再接入电流输出环路。调节电阻span的取值范围为0～∞，两个1ma恒流源通过电阻r1，r1取值为2.5kω产生约5v提升电压，使芯片xtr101进入线性工作区。

所述的电流输出环路包括插口p，芯片xtr101的7脚为输出电流io的输出端与插口p的2脚连接，插口p的1脚与二极管d的正极连接，二极管d的负极与芯片xtr101的10脚同时接入24v电压，插口p的1、2脚之间并联有电容c2。插口p可接入电流表用于检测输出电流io，二极管d的负极与芯片xtr101的10脚同时接入24v电压构成电流输出环路，24v电压为芯片xtr101供电。

下面为本发明的具体应用：

芯片xtr101的数据手册datasheet的具体参数设计为：

i0＝4ma+(0.016amps/volt+40/rspan)×vr2；

vr2＝is×r2，其中设计要求vr2max＝1v，4ma为调节调零电阻zeroad之后得到的初始零电位；

由上述公式可知决定输出电流i0的因素有rspan、r2；

在本发明中实施例中取r2min＝1k，r2max＝10k，所述本发明采集的微弱光电流，即输入电流is≤1ma；

本发明实施例调节电阻span的电阻rspan取值为∞；

作为实施例：r2＝1k，光电探测器检测的微弱光电流记为输入电流is≈0.2ma；

则根据计算公式i0＝4ma+(0.016amps/volt+40/rspan)×vr2＝7.2ma；

图2为本发明中rspan＝∞，r2取不同值时的输入电流is与输出电流io曲线图。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种微弱光电流检测电路，包括I/V转换电路、V/I转换电路与电流输出环路；其中，I/V转换电路用于将光电探测器DET检测的微弱光电流IS转换为电压信号，I/V转换电路包括光电探测器DET和与光电探测器DET相互并联的可调电阻R2；V/I转换电路包括芯片XTR101，芯片XTR101接入可调电阻R2的两端，用于将电压信号转化为标准4～20mA电流信号，再通过电流输出环路输出。通过可调电阻R2将其转换为电压信号VR2，芯片XTR101包含4～20mA两线制变送器微型电路，具有良好的仪表放大器输入特性，将电压信号VR2进行变换及放大转化为标准4～20mA电流信号，通过电流输出环路输出，最终将微弱光电流转换成远距离传送且不易受干扰的标准电流信号。

技术研发人员：王艳;曹明润;吴渝;于文彬;徐勇;汪升
受保护的技术使用者：合肥金星机电科技发展有限公司
技术研发日：2017.12.26
技术公布日：2018.05.08