超表面结构光电器件的信号采集电路的制作方法

本技术涉及仪器仪表，具体涉及一种超表面结构光电器件的信号采集电路。

背景技术：

1、氢气具有易燃易爆性，当环境中的氢气达到一定浓度，会引起燃烧或者爆炸，因此有必要对空气中的氢气浓度进行测定。氢气传感器可以快速准确地测量氢气浓度，有效预防氢气在生产、存储、运输和使用等过程的泄漏、爆炸等安全问题。氢气传感器按照原理可以分为催化型、电化学型、半导体型、光纤型、声学型、热导率型和机械型等，其中，前3种氢气传感器的研究起步较早，目前已实现商用化，催化型氢气传感器的结构简单、响应时间快，然而工作温度较高，大多超过100℃，存在一定的安全隐患；电学型氢气传感器对温湿度变化非常敏感，信号还容易受到电磁干扰产生漂移，且电信号检测可能会产生电火花，用于氢气检测时存在一定的安全隐患；多数基于金属氧化物半导体检测空气中氢气含量，存在灵敏度不高，精度低，功耗高，寿命短等问题。而光纤型传感器对温湿度的敏感性最低，更加适用于高温/高湿度等恶劣环境下的氢气检测，但响应时间较长、检测下限低，且后期信号处理复杂。

2、随着光学测试技术及光纤通信技术的快速发展，超表面是在超材料基础上衍生而来的二维人工光电磁结构，是微纳光学前沿领域重要研究内容，它可以在亚波长尺度内对电磁波/光场的强度、相位、偏振与动量等多参量进行深度调控，有巨大科学研究与实用价值。若采用超表面结构光电器件的光电效应来进行氢气浓度的检测，会具有非接触式、响应时间快，一般在ms级等优点。那么如何有效的采集超表面的光学信号，以供单片机进行浓度检测是当前需要解决的问题之一。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于如何有效的采集超表面结构光电器件的光学信号。

2、本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题的：

3、提出了一种超表面结构光电器件的信号采集电路，所述采集电路包括模拟开关电路和运算放大电路，光电器件的信号输出端经连接器接入所述模拟开关电路的输入端，所述模拟开关电路的输出端与所述运算放大电路的输入端，所述运算放大电路的输出端接入单片机。

4、进一步地，所述模拟开关电路包括多路器开关芯片，所述光电器件的的信号输出端经连接器h1接入所述多路器开关芯片的开关输入端x0，电容c8和电容c10并联后接入所述多路器开关芯片的vdd端，所述多路器开关芯片的开关输入端x1经电阻r5接入所述单片机的dac输入引脚连接；

5、所述多路器开关芯片的开关输出端接入所述运算放大电路。

6、进一步地，所述运算放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器，所述多路器开关芯片的commons信号接入所述第一运算放大器的正向输入端，所述第一运算放大器的负向输入端与其输出端连接之后接入电阻r12的一端，电阻r12的另一端接入所述多路器开关芯片的开关输出端；

7、电阻r12的另一端接入所述第二运算放大器的负向输入端，所述第二运算放大器的正向输入端经电阻r15接入所述多路器开关芯片的dac输出端，所述第二运算放大器的输出端经电阻r16接入所述第三运算放大器的正向输入端，所述第三运算放大器的负向输入端与其输出端连接后接入所述单片机的adc引脚。

8、进一步地，所述第一运算放大器的正向输入端经电阻r11接入所述多路器开关芯片的commons信号输出端x，所述多路器开关芯片的commons信号输入端y接入所述第二运算放大器的输出端与所述电阻r16之间。

9、进一步地，所述多路器开关芯片的开关输出端y0经电阻r8接入所述电阻r12的另一端、开关输出端y1经电阻r10接入所述电阻r12的另一端、开关输出端y2经电阻r12接入所述电阻r12的另一端、开关输出端y3经电阻r14接入所述电阻r12的另一端。

10、进一步地，所述单片机的输出端经蓝牙模块接入显示器。

11、进一步地，所述采集电路还包括电源模块，所述电源模块经电平转换电路分别接入所述模拟开关电路、所述运算放大电路以及所述单片机。

12、进一步地，所述电平转换电路包括第一ldo芯片、第二ldo芯片和电荷泵，所述电源模块经连接器h2接入所述第一ldo芯片的电压输入端，所述第一ldo芯片的电压输出端接入所述单片机；

13、所述电源模块经连接器h2接入所述第二ldo芯片的电压输入端，所述第二ldo芯片的电压输出端接入所述模拟开关电路；

14、所述电荷泵的电压输出端接入所述运算放大电路。

15、进一步地，所述电荷泵的cap+引脚和cap-引脚之间设置有电容c24，所述电荷泵的vout引脚输出-5v的负压至所述运算放大电路。

16、进一步地，所述连接器h2的输入端连接所述电源模块，tvs管d1、tvs管d2、极性电容c4、电容c5及电容c6依次并联后接入所述连接器h2的输出端。

17、本实用新型的优点在于：

18、(1)光电器件的信号经模拟开关电路输入至运算放大电路，由运算放大电路对模拟开关输出的信号进行放大处理并采集传输至单片机的adc进行模数转化，实现对光电器件信号的采集，该采集电路的结构简单，电路中的分立元件少，电路的采集精度不易受环境的影响，且模拟开关电路将采集的传感器信号输入至运算放大器进行放大采集，信号采集精度高。

19、(2)通过设置蓝牙模块，将单片机处理好的数据传输到后台显示。

20、(3)通过设置电平转换电路将电源模块的电压转换为合适的电压，实现对模拟开关电路、单片机、运算放大电路的稳定供电。

21、本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

技术特征：

1.一种超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述采集电路包括模拟开关电路和运算放大电路，光电器件的信号输出端经连接器接入所述模拟开关电路的输入端，所述模拟开关电路的输出端与所述运算放大电路的输入端，所述运算放大电路的输出端接入单片机。

2.如权利要求1所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述模拟开关电路包括多路器开关芯片，所述光电器件的信号输出端经连接器h1接入所述多路器开关芯片的开关输入端x0，电容c8和电容c10并联后接入所述多路器开关芯片的vdd端，所述多路器开关芯片的开关输入端x1经电阻r5接入所述单片机的dac输入引脚连接；

3.如权利要求2所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述运算放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器，所述多路器开关芯片的commons信号接入所述第一运算放大器的正向输入端，所述第一运算放大器的负向输入端与其输出端连接之后接入电阻r12的一端，电阻r12的另一端接入所述多路器开关芯片的开关输出端；

4.如权利要求3所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述第一运算放大器的正向输入端经电阻r11接入所述多路器开关芯片的commons信号输出端x，所述多路器开关芯片的commons信号输入端y接入所述第二运算放大器的输出端与所述电阻r16之间。

5.如权利要求3所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述多路器开关芯片的开关输出端y0经电阻r8接入所述电阻r12的另一端、开关输出端y1经电阻r10接入所述电阻r12的另一端、开关输出端y2经电阻r12接入所述电阻r12的另一端、开关输出端y3经电阻r14接入所述电阻r12的另一端。

6.如权利要求1所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述单片机的输出端经蓝牙模块接入显示器。

7.如权利要求1所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述采集电路还包括电源模块，所述电源模块经电平转换电路分别接入所述模拟开关电路、所述运算放大电路以及所述单片机。

8.如权利要求7所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述电平转换电路包括第一ldo芯片、第二ldo芯片和电荷泵，所述电源模块经连接器h2接入所述第一ldo芯片的电压输入端，所述第一ldo芯片的电压输出端接入所述单片机；

9.如权利要求8所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述电荷泵的cap+引脚和cap-引脚之间设置有电容c24，所述电荷泵的vout引脚输出-5v的负压至所述运算放大电路。

10.如权利要求8所述的超表面结构光电器件的信号采集电路，其特征在于，所述连接器h2的输入端连接所述电源模块，tvs管d1、tvs管d2、极性电容c4、电容c5及电容c6依次并联后接入所述连接器h2的输出端。

技术总结
本技术公开一种超表面结构光电器件的信号采集电路，采集电路包括模拟开关电路和运算放大电路，光电器件的信号输出端经连接器接入所述模拟开关电路的输入端，所述模拟开关电路的输出端与所述运算放大电路的输入端，所述运算放大电路的输出端接入单片机；该采集电路的结构简单，电路中的分立元件少，电路的采集精度不易受环境的影响，且模拟开关电路将采集的传感器信号输入至运算放大器进行放大采集，信号采集精度高。

技术研发人员：陈龙,胡友德,曾鹏宇,徐辉,杨秀咏
受保护的技术使用者：合肥和光微电子科技有限公司
技术研发日：20230621
技术公布日：2024/2/1