一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器的制作方法

本发明属于信号放大和处理领域，涉及一种多路多量程的微弱光信号放大电路。

背景技术：

本发明是应用于航空发动机叶片、重型燃气机及燃煤燃气窑炉等重大装备的研制试验验证过程中，用于其温度参数的测量。利用多个光电探测器感应不同波长下的光信号的大小，从而对实现温度的准确测量已经广泛应用于军事、工业和环境温度测试等领域。但是在恶劣环境中，准确的测量具有较宽温度范围、带有一定转动频率目标物温度尚数首次。通常情况下，一般的测温装置应用于单点温度或者较窄温度段的测量，放大倍数通常在100至1000倍之间，如有量程切换，则会因为模拟电子开关通道间有较大的通道间电阻存在，使得放大倍数有较大的误差，而且测量通常发生在实验室环境或者具有较稳定的环境中。

技术实现要素：

本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器要解决的技术问题是：实现对恶劣环境中微弱光信号的有效放大和甄别。该电路具有较高的放大倍数及多量程的自动切换功能，能够准确测量具有15khz转速的航空发动机叶片温度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，主要由多个铟镓砷光电探测器、具有多路输入输出的微弱电流信号放大电路构成；每个铟镓砷探测器的输出与微弱电流信号放大电路的输入直接相连；pcb板上输入电流信号走线和芯片的输入管脚进行保护环设计，防止漏电流的干扰；微弱电流信号放大电路具有4种不同的放大量程，放大倍数分别为10000000倍、1000000倍、100000倍、10000倍，其中10000000的量程由t网络实现负反馈大电阻值放大，其他量程的放大则由并联的电阻和电容负反馈网络直接实现，不同量程间通过开尔文开关的方法进行连接，电路根据输入的信号大小自动选择适配的量程，放大后的信号经过低通滤波电路进行滤波，滤波后的信号再经过差分放大器后输出。

本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，能够实现铟镓砷探测器输出的na级至μa级的电流放大，实现4级无误差的量程切换，适用于多通道的多光谱测温仪信号放大处理，测量温度范围为800℃～2050℃。

放大铟镓砷光电探测器输出的na级至μa级的直流电流信号，将直流电流信号转化为10mv至5v的标准电压信号。

放大器电路板主要由六层电路构成，分别是信号层，地线层、正电源层、地线层、负电源层、底层地线层。

将光电探测器直接焊接在电路板上，电路板上信号层和底层地线层用0.125cm至0.5cm宽的裸露的、接地导线紧贴环绕信号输入线和芯片的输入管脚走线一圈，光电探测器用于防止电路板上漏电流的干扰。

其中一路输入信号连接u1a放大器的输入端，同时输入信号连接4组负反馈电阻电容网络的一端，分别是r1和c1并联一端，r2和c2并联一端，r3和c3并联一端，r4、r5、r6和c4构成t网络一端，4组电阻电容构成的负反馈网络放大倍数分别为10000倍、100000倍、1000000倍、10000000倍。

放大倍数通过开尔文开关进行自动选择和量程切换，该开尔文开关由两组4通道的模拟电子开关构成，分别为sw1、sw11、sw2、sw22、sw3、sw33、sw4、sw44；u1a放大器的输出端连接sw1、sw2、sw3和sw4的一端，sw1的另一端连接r1和c1并联的另一端，sw2的另一端连接r2和c2并联的另一端，sw3的另一端连接r3和c3并联的另一端，sw4的另一端连接r4、r5、r6和c4构成t网络连接的另一端；同时sw1的另一端连接sw11一端，同时sw2的另一端连接sw22一端，sw3的另一端连接sw33一端，sw4的另一端连接sw44一端。

最大的放大倍数通过负反馈t网络实现，r4和c4并联后与r5串联，再与r6并联。

sw11、sw22、sw33、sw44的另一端连接在一起，并且r7和c5连接构成的低通滤波器。信号经过低通滤波后连接u2a，u2a的输出再连接u2b负向输入端，u2a和u2b的构成差分放大器。

有益效果：

1、本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，应用于航空发动机叶片等极端恶劣环境中的温度测量，测量温度范围为800℃～2050℃，最高的放大倍数达10000000倍，放大na级的电流信号，测量转速为15khz的叶片温漂。

2、本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，放大倍数能够实现10000倍、100000倍、1000000倍、10000000倍进行4个量程的无误差自动切换。

3、本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，具有适应环境能力强，放大倍数高，量程切换无误差的特点。

4、本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，在复杂环境中，能够准确的检测由温度变化使得探测器感应并输出na级的微弱电流信号，得到信噪比较大且有效的光信号，供后续的软件分析处理。

附图说明

图1为本发明公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器的示意图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，由4个铟镓砷光电探测器，4路输入输出的微弱电流信号放大电路构成；其中一路的光电探测器d1探测到光信号后，获取到光信号的微弱变换，将产生一个电流，该电流的大小在na至μa之间，电流信号在输入保护电路的包围下进入放大芯片u1a的输入管脚。放大器电路板由六层电路构成，分别是信号层，地线层、正电源层、地线层、负电源层、底层地线层。输入保护电路的电路板上信号层和底层地线层用0.127cm宽的裸露的、接地铜线紧贴环绕信号输入线和芯片的输入管脚走线一圈，作用是防止漏电流的干扰。

输入管脚连接c1和r1并联电路、c2和r2并联电路、c3和r3并联电路、c4、r5、r6和r7组成t网络的一端，c1和r1并联电路的另一端连接sw1开关和sw2开关连线的中间点，c2和r2并联电路的另一端连接sw2开关和sw22开关连线的中间点，c3和r3并联电路的另一端连接sw3开关和sw33开关连线的中间点，c4、r5、r6和r7组成t网络的另一端连接sw4开关和sw4开关连线的中间点，电流信号根据大小选择放大倍数。其中c1为33pf，r1为5000ω，c1和r1并联；c2为10pf，r2为50000ω，c2和r2并联；c3为1pf，r3为500000ω，c3和r3并联；c4为0.5pf，r4为500000ω，r5为5000ω，r6为555ω，r4和c4并联后与r5串联，再与r6并联；

放大后的信号再经过r7和c5组成的低通滤波器进行滤波，其中r7为1000ω，c5为68nf。信号经过低通滤波电路后，在进入由u2a和u2b放大器组成的差分放大器后输出。

本实施例公开的一种应用于多光谱测温仪的红外探测放大器，在复杂环境中，能够准确的检测由温度变化使得探测器感应并输出na级的微弱电流信号，得到信噪比较大且有效的光信号，供后续的软件分析处理。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。