技术领域：
本实用新型涉及电子硬件技术领域，尤其涉及一种基于四象限探测器的自动校正激光发射角度的装置。
背景技术：
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现有技术四象限探测器通过跨阻放大器光电转换后得到弱电信号，通过电压放大器放大信号后，由4路adc采集得到相应的电压值。mcu根据采集到的4路adc数值，通过加减计算算出反应在四象限探测器上的坐标值。mcu根据坐标值通过算法得到控制振镜转动角度需要的电压值，此过程需要加入4路dac转换电压控制振镜。
这个过程中有几个问题：
1、四象限探测器的变化值比较小，这样就需要位数比较多的adc，比如24位；
2、从四象限探测器采集到信号到控制振镜偏转这个闭环需要的时间要求比较短，这样就要求adc的采集率比较高，比如1msps以上；
3、本身四象限探测器就要求有4路的adc，加上位数和采集要求比较高，可以选择adc芯片就比较少，相对成本也会高很多，大部分情况下就只能做折中选择，牺牲一部分性能；
4、四路高速高数度adc对mcu也有一定的要求，增加mcu的选型难度和成本；
5、该系统中对振镜偏转要求也比较高，比如0.001度这样对控制振镜的电压也要求相对较高，比如16位以上的高速dac，同adc选型难度；
这个闭环过程中累计的误差比较多，1)初始光电转化过程中的误差；2)adc采集过程中采集精度和算法计算累计的误差的；3)dac转换过程中转换精度造成的误差。这些都使校正过程变复杂，校正时间变长。
技术实现要素：
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针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于四象限探测器的自动校正激光发射角度的装置，包括四象限探测器、跨阻放大电路、电压放大电路、加减放大电路、差分绝对值输出电路和二维振镜；
所述跨阻放大电路由四象限探测器中一路光电二极管pd1、电阻r1、电容c1及运算放大器u1组成，所述光电二极管pd1的阴极连接偏置电压vbias，阳极分别连接运算放大器u1的反向输入端、电阻r1和电容c1的一端，所述电阻r1和电容c1的另一端连接运算放大器u1的输出端pd1_out，所述运算放大器u1的正向输入端接地，运算放大器u1电源线接+12v和-12v电压；
所述电压放大电路由电阻r2、电阻r3及运算放大器u2组成，所述跨阻放大电路的pd1_out连接电阻r2的一端，所述电阻r2的另一端分别连接电阻r3和运算放大器u2的反向输入端，所述电阻r3的另一端连接运算放大器u2的输出端pd1_amp；
所述加减放大电路包括x轴加减放大电路和y轴加减放大电路，所述x轴加减放大电路由电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9和运算放大器u3组成，所述y轴加减放大电路由电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15和运算放大器u4组成，所述x轴加减放大电路中上一级电压放大电路的pd1_amp连接电阻r6的一端，上一级电压放大电路的pd2_amp连接电阻r4的一端，上一级电压放大电路的pd3_amp连接电阻r5的一端，上一级电压放大电路的pd4_amp连接电阻r7的一端，所述电阻r4和电阻r5的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u3的反向输入端和电阻r8的一端，所述电阻r8的另一端连接运算放大器u3的输出端x_out，所述电阻r6和电阻r7的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u3的正向输入端和电阻r9的一端，所述电阻r9的另一端连接地gnd，所述y轴加减放大电路中上一级电压放大电路的pd1_amp连接电阻r12的一端，上一级电压放大电路的pd2_amp连接电阻r13的一端，上一级电压放大电路的pd3_amp连接电阻r10的一端，上一级电压放大电路的pd4_amp连接电阻r11的一端，所述电阻r10和电阻r11的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u4的反向输入端和电阻r14的一端，所述电阻r14的另一端连接运算放大器u4的输出端y_out，所述电阻r12和电阻r13的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u4的正向输入端和电阻r15的一端，所述电阻r15的另一端连接地gnd；
所述差分绝对值输出电路，包括x轴差分绝对值输出电路和y轴差分绝对值输出电路，所述x轴差分绝对值输出电路包含电路一和电路二，所述电路一由电阻r16和运算放大器u5组成，所述电路二由电阻r17、电阻r18和运算放大器u6组成，上一级的运算放大器u3的输出端x_out分别连接电阻r16和电阻r17的一端，所述电阻r16的另一端连接运算放大器u5的正向输入端，所述运算放大器u5的反向输入端与运算放大器u5的输出端x+相连，所述电阻r17的另一端分别连接电阻r18的一端和运算放大器u6的反向输入端，所述电阻r18的另一端连接运算放大器u6的输出端x-，运算放大器u6的正向输入端接地gnd，所述y轴差分绝对值输出电路同y轴差分绝对值输出电路；
所述差分绝对值输出的电路的输出端连接至二维振镜的驱动电路。
优选的，所述跨阻放大电路和电压放大电路共使用4路，输出电压pd1_amp、pd2_amp、pd3_amp和pd4_amp分别为第一象限、第二象限、第三象限和第四角象限的光照产生放大后的电压。
本实用新型有益效果：本实用新型实现了纯硬件实时自动校正调整，减少了adc和dac数字转换过程产生的数字误差，提高校正精度，减少校正时间，成本低且易于小型化。
附图说明：
为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本实用新型工作原理总框图；
图2为跨阻放大电路图；
图3为电压放大电路图；
图4-5为加减放大电路；
图6-7为差分绝对值输出电路图。
具体实施方式：
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
如图1-7所示，本实用新型的一种基于四象限探测器的自动校正激光发射角度的装置，包括四象限探测器、跨阻放大电路、电压放大电路、加减放大电路、差分绝对值输出电路和二维振镜(或其它类似扫描镜)，如总框图1所示；
跨阻放大电路由四象限探测器其中一路光电二极管pd1、电阻r1、电容c1、运算放大器u1组成。四象限探测器的光电二极管pd1的阴极连接偏置电压vbias，光电二极管pd1的阳极分别连接运算放大器u1的反向输入端、电阻r1和电容c1的一端，电阻r1和电容c1的另一端连接运算放大器u1的输出端pd1_out，运算放大器u1的正向输入端接地，运算放大器u1电源线接+12v和-12v电压。
在一实施例中，由于四象限探测器是四路光电管共阴组成，所以使用共阴极接偏置电压vbias，工作在反向偏置工作模式下，此模式下光电二极管pd1可以实现较高的转换速度，此模式下在无光照时也会有一个很小的暗电流，此缺点在后级的加减运算放大电路被相减掉。偏置电压vbias、光电二极管pd1、电阻r1和pd1_out组成电流回路，pd1_out输出电压等于电阻r1乘以光照光电二极管pd1产生的光照电流id。电容c1主要起消除电阻r1的噪声，r1的选型根据偏置效应选择，电容c1的造型根据噪声效果选择。由于光电二极管pd1工作在反向偏置模式下，产生反向光电电流id，pd1_out输出电压为负电压，所以运算放大器u1需要工作负电源条形下，提供+12和-12v的工作电源。
电压放大电路，上一级跨阻放大电路的pd1_out连接电r2的一端，电阻r2的另一端分别连接电阻r3和运算放大器u2的反向输入端，电阻r3的另一端连接运算放大器u2的输出端pd1_amp。
在一实施例中，由于上一级跨阻放大电路输出的pd1_out是负电压，所以在这一级电压放大电路中加入反向电压放大，反向参考基准为地gnd。反向电压放大电路的放大增益g1等于电阻r3除以电阻r2的比值，运算放大器u2的输出端pd1_amp输出电压等于输入电压pd1_out乘以放大增益g1。
以上跨阻放大电路和电压放大电路共使用4路，输出电压pd1_amp、pd2_amp、pd3_amp和pd4_amp分别代表第一象限、第二象限、第三象限和第四角象限的光照产生放大后的电压。
加减放大电路，分为x轴加减放大电路和y轴加减放大电路，其中x轴加减放大电路中上一级电压放大电路的pd1_amp连接电阻r6的一端，上一级电压放大电路的pd2_amp连接电阻r4的一端，上一级电压放大电路的pd3_amp连接电阻r5的一端，上一级电压放大电路的pd4_amp连接电阻r7的一端，电阻r4和电阻r5的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u3的反向输入端和电阻r8的一端，电阻r8的另一端连接运算放大器u3的输出端x_out，电阻r6和电阻r7的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u3的正向输入端和电阻r9的一端，电阻r9的另一端连接地gnd。y轴加减放大电路中上一级电压放大电路的pd1_amp连接电阻r12的一端，上一级电压放大电路的pd2_amp连接电阻r13的一端，上一级电压放大电路的pd3_amp连接电阻r10的一端，上一级电压放大电路的pd4_amp连接电阻r11的一端，电阻r10和电阻r11的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u4的反向输入端和电阻r14的一端，电阻r14的另一端连接运算放大器u4的输出端y_out，电阻r12和电阻r13的另一端相连，同时分别还连接运算放大器u4的正向输入端和电阻r15的一端，电阻r15的另一端连接地gnd。
在一实施例中，电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14和电阻r15的阻值一样，所以是1比1放大。x轴加减放大电路中，电阻r6和电阻r7相连输入到运算放大器u3的正向输入端，得到pd1_amp和pd4_amp相加的电压，表示在四象限中x轴的正半轴第一象限和第四象限采集到的光照电压。电阻r4和电阻r5相连输入到运算放大器u3的反向输入端，得到pd2_amp和pd3_amp相加的电压，表示在四象限中x轴的负半轴第二象限和第三象限采集到的光照电压。x轴加减放大电路输出x_out电压等于pd2_amp+pd2_amp-(pd2_amp+pd2_amp)，x轴正半轴电压减去x轴负半轴电压得到x轴的差异电压x_out，其中x_out电压可能为正电压也可能为负电压，所以运算放大器u3的工作电源需要+12v和-12v电源供电，保证x_out输出稳定。在此过程中每一象限在跨阻放大电路和电压放大电路产出的暗电流产生误差、放大器的噪声误差以及其它干扰都是一样的，通过两两相减把误差同步相减掉，减少了干扰影响。此过程中减少采用adc模数转换器的采集误差。y轴加减放大电路原理同x轴加减放大电路说明。
x轴差分绝对值输出电路，包含两个电路，上一级的运算放大器的输出端x_out分别连接电阻r16和电阻r17的一端，电阻r16的另一端连接运算放大器u5的正向输入端，运算放大器u5的反向输入端与运算放大器u5的输出端x+相连，电阻r17的另一端分别连接电阻r18的一端和运算放大器u6的反向输入端，电阻r18的另一端连接运算放大器u6的输出端x-，运算放大器u6的正向输入端接地gnd。所述的y轴差分绝对值输出电路同x轴差分绝对值输出电路说明。
在一实施中，需要解决将加减放大电路中的x轴输出电压x_out和y轴输出电压y_out转换成4路正向电压信号x+、x-、y+、y-以实现替换dac数模转换器。运算放大器u5组成的是正向电压跟随器，当x_out电压为正时，运算放大器u5的x+输出等于x_out电压，当x_out电压为负时，由于运算放大器u5的工作电压为+12v，所以低于0v的电压都只能输出0v，运算放大器u5的x+输出0v。运算放大器u5组成的是反向放大电路，增益为1，当x_out电压为正时，由于运算放大器u6的工作电压为+12v，反向后x_out本应为负电压，但是低于0v的电压都只能输出0v，运算放大器u6的x-输出0v。当x_out电压为负时，运算放大器u6的正向输入端接地gnd，所以反向时以0v为参考基准转成正电压，运算放大器u6的x-输出等于|x_out|。即当x_out电压为正时，x+输出对应正电压，x-输出0v；当x_out电压为负时，x+输出0v，x-输出对应正电压。以上实现替换dac的数模转换的功能，减少dac转换过程中的数字误差。y+和y-输出原理同x轴绝对输出原理。
自动校正：x+、x-、y+、y-分别输出给振摬的驱动电路，当x-＝0v、x+有电压时，振镜x-不动、振镜x+向上转动角底实现激光的反射角度变化，当振镜转动过程中四象限探测器上收到电压信号也发生变化，x-＝0v、x+电压下降，反馈给振镜的信号变小，使转动角度变小，实现实时校正调整，直到x+＝x-＝0v时，振镜保持角度不变，此时激光角度反馈在四象限探测器上x正半轴和x负半轴的光斑是一样大的，激光处在x轴的正中间位置。同理y轴也是实时校正调整，实现二维自动校正调整。
以上通过跨阻放大电路、电压放大电路、加减放大电路、x轴和y轴差分绝对值输出电路，实现纯硬件实时自动校正调整，减少了adc和dac数字转换过程产生数字误差，提高校正精度，减少校正时间，成本低且易于小型化。
以上所述的电路没有提现具体的型号和参数，没有说明相应的干扰处理方式，如电源纹波处理、噪声处理、高低频滤波等等，所述的为实现模型。所应理解的是，凡是本专利实现方法之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本专利的保护范围之内。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。