一种光电微弱信号高速采样装置及方法与流程

本发明属于激光探测领域，更具体地，涉及一种光电微弱信号高速采样装置及方法。

背景技术：

1、目前，在激光探测领域，随着对激光探测组件要求的提高，传统的采样装置基于硬件触发器的原理进行工作，根据给定的频率进行触发，采集经过峰值保持后的光电信号，采样速率低且抗干扰能力弱。因此，有必要提出一种可以在高速条件下保证信号完整性和分辨率的高速数据采样装置及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光电微弱信号高速采样装置及方法，旨在解决现有的采样装置采样速率低且抗干扰能力弱的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种光电微弱信号高速采样装置，包括：顺次放置的汇聚透镜、pin光敏探测器、前放增益电路、可变增益电路、带通滤波器、高速adc芯片和fpga芯片；

3、汇聚透镜用于将空间中经过目标反射后的激光信号的能量汇聚形成激光光斑，激光光斑入射至pin光敏探测器的光敏面上，并用于滤除空间中的杂散光；

4、pin光敏探测器用于将落在光敏面上的激光信号转化为电信号；其中，pin光敏探测器的光敏面分为若干象限；每个象限的光斑面积大小与转换后的电信号的幅值成正比；

5、前放增益电路分为两级增益，第一级放大子电路将电信号放大几十倍，第二级放大子电路将电信号放大几倍；第一级放大子电路选择失调电压在uv级，输入偏置电流和输入失调电流在ua级的器件；第二级放大子电路用于将放大的电信号转变为差分电信号；

6、可变增益电路用于动态调整前放增益电路传递的差分电信号的放大倍数，使差分电信号的幅值能够被高速adc芯片采样；

7、高速adc芯片用于将放大的差分电信号转变成数字电压信号；

8、fpga芯片用于对数字电压信号进行处理判断，计算出目标的空间位置信息。

9、进一步优选地，汇聚透镜为数量不等的透镜组。

10、进一步优选地，光电微弱信号高速采样装置还包括带通滤波器，放大差分电信号中的噪声包括透过汇聚透镜的杂散光在pin光敏探测器上形成的噪声电压。

11、进一步优选地，pin光敏探测器的光敏面分为四个象限，高速adc芯片用于将四路模拟电压信号转换为数字电压信号输出。

12、另一方面，本发明提供了一种光电微弱信号高速采样方法，包括以下步骤：

13、采用汇聚透镜将空间中的激光信号进行汇聚，将激光能量集中形成所需的激光光斑；

14、将汇聚后形成的光斑入射到所述pin光敏探测器上，并通过调整所述汇聚透镜和所述pin光敏探测器的相对距离使pin光敏探测器光敏面上的光斑处于预设大小；

15、采用pin光敏探测器将激光信号转换为电信号，并将电信号传输至前放增益电路；其中，所述光敏面上每个象限的光斑面积大小与转换后的电信号的幅值成正比；

16、采用前放增益电路将电信号进行两级增益，先将电信号进行第一级增益放大几十倍，再将电信号进行第二级增益放大几倍，并将放大的电信号转变为差分电信号；

17、将差分电信号进行动态增益放大，使差分电信号的幅值能够被高速adc芯片采样；

18、将经过动态增益的差分电信号转变成数字电压信号；

19、采用fpga芯片对数字电压信号进行处理判断，计算出目标的空间位置信息。

20、进一步优选地，光电微弱信号高速采样方法还包括将经过动态增益的差分电信号中的噪声进行滤波处理，差分电信号中的噪声包括透过汇聚透镜的杂散光在pin光敏探测器上形成的噪声电压。

21、进一步优选地，pin光敏探测器的光敏面分为四个象限，高速adc芯片用于将四路模拟电压信号转换为数字电压信号输出。

22、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下

23、有益效果：

24、本发明提供了一种光电微弱信号高速采样装置及方法，应用于激光探测领域的目标探测，其中，通过pin光敏探测器用于将落在光敏面上的激光信号转化为电信号；采用前放增益电路和可变增益电路对模拟电信号进行放大，采用高速adc芯片对电信号进行采样，fpga中内置信号分析处理算法，极大地提高了激光目标探测的数据刷新速率和抗干扰能力，对于激光制导武器的探测能力提高及战场环境适应能力提升具有非凡的意义。

技术特征：

1.一种光电微弱信号高速采样装置，其特征在于，包括：顺次放置的汇聚透镜、pin光敏探测器、前放增益电路、可变增益电路、带通滤波器、高速adc芯片和fpga芯片；

2.根据权利要求1所述的光电微弱信号高速采样装置，其特征在于，所述pin光敏探测器的光敏面分为四个象限，所述高速adc芯片用于将四路模拟电压信号转换为数字电压信号输出。

3.根据权利要求1或2所述的光电微弱信号高速采样装置，其特征在于，所述汇聚透镜为数量不等的透镜组。

4.根据权利要求1所述的光电微弱信号高速采样装置，其特征在于，还包括带通滤波器，用于对可变增益电路传递的放大差分电信号中的噪声滤除；

5.一种基于权利要求1所述的光电微弱信号高速采样装置的光电微弱信号高速采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的光电微弱信号高速采样方法，其特征在于，还包括将经过动态增益的差分电信号中的噪声进行滤波处理，差分电信号中的噪声包括透过汇聚透镜的杂散光在pin光敏探测器上形成的噪声电压。

7.根据权利要求5或6所述的光电微弱信号高速采样方法，其特征在于，所述pin光敏探测器的光敏面分为四个象限，高速adc芯片用于将四路模拟电压信号转换为数字电压信号输出。

技术总结
本发明提供了一种光电微弱信号高速采样装置及方法，属于激光探测领域，装置包括：汇聚透镜、PIN光敏探测器、前放增益电路、可变增益电路、带通滤波器、高速ADC芯片和FPGA芯片；汇聚透镜将空间中经过目标反射后的激光信号的能量汇聚形成激光光斑；PIN光敏探测器将落在光敏面上的激光信号转化为电信号；前放增益电路对电信号放大，且将放大的电信号转变为差分电信号；可变增益电路动态调整前放增益电路传递的差分电信号的放大倍数；高速ADC芯片将放大的差分电信号转变成数字电压信号；FPGA芯片对数字电压信号进行处理判断，计算出目标的空间位置信息。本发明提高了激光目标探测的数据刷新速率和抗干扰能力。

技术研发人员：刘俊池,郭梦凡,张正洋,胡冬粤,左庆,周奂斌,王超,李宁
受保护的技术使用者：湖北三江航天万峰科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15