一种激光雷达的光电倍增管增益调节装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达领域，具体是一种激光雷达的光电倍增管增益调节装置。


背景技术：

2.激光雷达是通过分析所发射激光光束回波信号来遥测目标参数的雷达。例如，在大气探测领域，激光器发射激光光束，通过光学接收系统接收回波光信号，再经光电倍增管将回波光信号转换为模拟量电信号后，由数据采集卡将模拟量电信号转换成数字信号，最后交由计算机处理来实时反演大气成分参数廓线，实现对大气的实时监测。
3.光电倍增管是将光信号倍增为电信号的装置，它安装在激光雷达光学接收系统的最末端，光电倍增管作为激光雷达的重要组成部分，调节其增益至适当位置，对激光雷达系统的数据质量会产生重要影响。
4.目前，日本滨松光学的一种光电倍增管，可以通过调节其“控制线”电压，但是，增益幅度较难控制。光电倍增管的增益电压决定光电倍增管的放大倍数，光电倍增管放大倍数增加时，一方面有用信号被放大，另一方面背景噪声也会放大，影响反演数据的质量。一般都是通过激光雷达采集数据的反演结果，来确定是增加增益电压还是减小增益电压。此外，如果增益过高，一方面会导致光电倍增管的寿命降低，另一方面会导致倍增后的模拟量信号过大，超过数据采集卡的处理上限后，输出信号饱和，无法进行数据分析；如果增益过低则会导致模拟量电信号过小，难以分析。
5.因此，目前亟需一种光电倍增管的增益调节装置，出于运维需要，该增益调节装置需要能够具有现场调节和远程调节功能，申请人针对此提出改进方案。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种激光雷达的光电倍增管增益调节装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.一种激光雷达的光电倍增管增益调节装置，包括处理器，所述处理器的输入端连接有上位机、用户输入模块以及用于对光电倍增管控制端的电压采样的输入采样模块，处理器的输出端连接输出切换模块，光电倍增管控制端通过所述输出切换模块与手动调压模块连接。
9.进一步的，所述处理器通过通讯模块与上位机连接，所述通讯模块配置为rs232接口电路或rs422接口电路。
10.进一步的，所述处理器通过通讯模块与上位机连接，所述通讯模块配置为rs232接口电路或rs422接口电路。
11.进一步的，所述处理器的输出端还与状态显示模块连接。
12.进一步的，所述输入采样模块包括第一运放器，第一运放器的负输入端与输出端
之间并联有第一电阻，正输入端通过第二电阻连接光电倍增管通道的增益控制点，第一运放器的输出端通过第三电阻连接处理器。
13.进一步的，所述处理器通过da转换模块连接输出切换模块，所述da转换模块包括第二运放器，第二运放器的正输入端通过第四电阻连接处理器的输出，负输入端与输出端之间并联有第五电阻，输出端通过第六电阻连接到输出切换模块。
14.进一步的，所述输出切换模块包括三极管，所述三极管的基极通过第七电阻连接处理器的输出端，发射极接地，集电极与供电端之间串接有继电器的线圈，线圈的两端还并联有二极管，所述继电器为单刀双掷继电器，其动端触点连接光电倍增管增益控制端，一个不动触点连接da转换模块，另一个不动触点连接手动调压模块。
15.有益效果：本实用新型能够实现现场调节与远程调节，便于运维操作。通过手动调压模块直接控制输出切换模块，相比于通过上位机进行远程调节，通过手动的方式可以对增益调节装置进行控制，一方面方便现场的运维调试工作，另一方面在上位机远程调节失效的情况下，作为应急备用模块，保证了设备的稳定运行。
附图说明
16.图1为本实用新型的原理框图；
17.图2为本实用新型输入采样模块的电路原理图；
18.图3为本实用新型da转换模块的电路原理图；
19.图4为本实用新型输出切换模块的电路原理图。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.参见图1，一种激光雷达的光电倍增管增益调节装置，包括处理器1，在可选的实施例中,处理器1可以配置为单片机。处理器1的输入端通过输入采样模块2连接到光电倍增管的增益控制端6，输入采样模块2用于对光电倍增管增益控制端6的电压进行采样，经过ad转换后输出到处理器1，ad转换模块可以单独设置，也可以集成设置在处理器1或输入采样模块2的内部。为了便于观察光电倍增管增益控制端6的当前电压，在可选的实施例中，处理器1的输出端还与状态显示模块10连接。
22.在具体的实施例中，处理器1的型号为stm32f103ret6，其他实施例中也可采用类似功能的芯片，不做限制。
23.光电倍增管(pmt)具有a、b、c等多个增益调节通道，每个增益调节通道均对应一组输入采样模块2、da转换模块3及输出切换模块5。以a通道为例，如图2所示，输入采样模块2包括第一运放器u3，第一运放器u3的型号可配置为opa350ua。第一运放器u3的负输入端与输出端之间分别并联有第一电阻r8与电容c8，正输入端通过第二电阻r4连接光电倍增管a通道的增益控制点pmt_ctrl_a，第一运放器u3的输出端通过第三电阻r13连接处理器1。输入采样模块2以第一运放器u3为核心构建差分电路，对采样电压进行倍数缩放后输出到处
理器1。
24.为了便于实现现场调节，处理器1的输入端连接用户输入模块9，输出端连接输出切换模块5，输出切换模块5连接到手动调压模块4以及光电倍增管的增益控制端6，输出切换模块5还与处理器1的输出端直接连接。为了便于输出切换模块5与处理器1的数据传输，处理器1与输出切换模块5之间连接有da转换模块3。da转换模块3可以单独设置，也可以集成在处理器1或输出切换模块5的内部。
25.如图3所示，da转换模块3包括第二运放器u11，第二运放器u11的型号可配置为ad8065ar。第二运放器u11的正输入端通过第四电阻r19连接处理器的输出，接收信号1064dac，第二运放器u11的负输入端与输出端之间分别并联有第五电阻r27与电容c33，输出端通过第六电阻r31输出信号dac_out_a到输出切换模块。
26.如图4所示，输出切换模块5包括三极管q1，三极管q1的基极通过第七电阻r47连接处理器1的输出端，发射极接地，集电极与供电端+12v1之间串接有继电器k1的线圈，线圈的两端还并联有二极管d2，二极管d2的阴极连接供电端+12v1，阳极连接三极管q1的集电极。继电器k1为单刀双掷继电器，型号可选为srd-12vdc-sl-c。其动端触点连接光电倍增管a通道的增益控制端pmt_ctrl_a，一个不动触点连接da转换模块的输出dac_out_a，另一个不动触点连接手动调压模块的输出bp_tap_a。
27.线圈不通电时，动端触点与其中一个不动触点连接，当三极管q1导通，继电器k1线圈通电，动端触点转为与另一个不动触点连接。处理器1通过电阻r47控制三极管q1的基级电压，控制三极管q1发射级与集电极的通断，进而实现对继电器k1动端与不动端的选通，完成手动现场调节与远程调节的选择。
28.在进行现场调节时，处理器1控制输出切换模块5，使手动调压模块4与光电倍增管的增益控制端6相连，da转换模块3与光电倍增管的增益控制端6断开，用户通过手动调压模块4调节光电倍增管的增益控制端6电压值，一般通过可调电阻连接电源，采用分压对电源分压输出电压到光电倍增管，通过改变可调电阻的阻值控制电压的输出，从而控制增益。输入采样模块2实时采集当前电压值，状态显示模块10显示当前电压值与输出切换模块5的状态，用户根据状态显示模块10的显示验证光电倍增管工作时的设定电压与实际采集电压是否一致，进行及时调整。
29.在进行远程调节时，处理器1的输入端通过通讯模块7连接上位机11，通讯模块7配置为rs232接口电路或rs422接口电路。在进行调控时，上位机11下发命令到处理器1，处理器1通过da转换模块完成光电倍增管的增益控制端6的电压设置，并控制输出切换模块5选择增益控制端6的电压来源。
30.在优选的实施例中，处理器1还与eeprom连接，处理器1通过eeprom保存da转换模块3的输出电压值和输出切换模块5的状态，即使装置断电，再上电时也会按照断电前的工作参数工作，无需再次设置。
31.本实用新型能够通过手动调压模块4直接控制输出切换模块5，相比于通过上位机11进行远程调节，通过手动的方式可以对增益调节装置进行控制，一方面方便现场的运维调试工作，另一方面在上位机远程调节失效的情况下，作为应急备用模块，保证了设备的稳定运行。
32.虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技
术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
33.故以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术的实施范围；即凡依本技术的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本技术权利要求的保护范围。