一种抗强光干扰的光脉冲接收电路的制作方法

本发明属于计量检测技术领域，具体为一种抗强光干扰的光脉冲接收电路。

背景技术：

流速仪是流量测验的基本仪器，而其中的转子流速仪是水文测验中的常规流速仪。这种流速仪属于转子式流速仪，水流传感器为旋桨元件。水流冲击旋桨转动，水流对旋桨冲击力的大小导致旋桨转速的快慢，从而测得流速。通常使用光学器件对旋桨转速进行测量。但是在户外由于太阳光强度影响，在正午时分会导致光电传感器无法正常工作，所以需要进行抗背景光处理。

现有抗背景光干扰的措施大多都是从小波变换等算法的角度解决问题。还有一部分是通过添加传感器对背景进行采集后通过减法运算去除背景干扰。韦卫东，孙晓泉，孙晓军在2012年4月份发表的《抗背景光干扰的激光脉冲相关检测方法》文中1.2节提及了通过增加一路光电传感器进行背景光检测，再通过减法器做差达到去除背景光干扰的设计。但是对于要求控制成本与体积的简单的脉冲测量上述方法便不适用了。还有一部分电路设计采用电容对信号进行隔直处理，然而隔直的同时无法避免的对原有信号进行了微分处理，这会使本就微弱的脉冲信号更加难以分辨。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出了一种抗强光干扰的光脉冲接收电路。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种抗强光干扰的光脉冲接收电路，包括光电转换单元、信号缓冲积分模块、差分放大模块与信号整形模块，所述光电转换单元用于将电流脉冲信号转化为电压脉冲信号；

所述缓冲积分模块用于保存电压脉冲信号的直流分量；

所述差分放大模块用于将电压脉冲信号与直流分量相减并放大；

所述信号整形模块用于对相减放大后的信号进行整形。

优选地，所述光电转换单元包括pin光电二极管d1、运算放大器u3、第一电阻r1、第一电容c1，所述第一pin光电二极管d1的阳极接至-5v电源，阴极与第一运算放大器芯片u3的反相输入端连接，所述第一电阻r1与第一电容c1并联在第一运算放大器u3的反相输入端与输出端，所述第一运算放大器u3的同相输入端与地线连接。

优选地，所述信号缓冲积分模块包括三极管q1、第二电容c2，所述第一三极管q1的基极与运算放大器u3的输出端连接，集电极与5v电源连接，射极与第二电容c2的正极连接，所述第二电容c2的负极接地。

优选地，所述差分放大模块包括差分放大器u1、第五电阻r5，所述第一差分放大器u1的同相输入端in+与光电转换单元的输出端连接，所述第一差分放大器u1的反相输入端in-与信号缓冲积分模块的输出端连接，所述第五电阻r5的两端分别与第一差分放大器u1的1号引脚与8号引脚连接；所述第一差分放大器u1的输出端out与信号整形模块的输入端连接。

优选地，包括第一比较器u2、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一连接器p1，所述第二电阻r2、第三电阻r3的一端均与第一比较器u2的反相输入端连接，另一端分别连接到地线与5v供电线，所述第四电阻r4的一端与第一比较器u2的输出端连接，另一端连接到5v供电线，所述第一比较器u2的输出端(与第一连接器p1连接，第一比较器u2的同相输入端与第一差分放大器u1的输出端out连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明通过积分，将原始信号中的脉冲衰减，仅保留背景光带来的信号，再经过减法运算无损提取出脉冲信号；本发明具有适应性更强，鲁棒性高，误检率低的优点。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

一种抗强光干扰的光脉冲接收电路，包括光电转换单元、信号缓冲积分模块、差分放大模块与信号整形模块，所述光电转换单元的输出端分别与缓冲积分模块的输入端、差分放大模块的同相输入端连接，所述缓冲积分模块的输出端与差分放大模块的反相输入端连接；所述差分放大模块的输出端与信号整形模块的输入端连接。

所述光电转换单元用于将电流脉冲信号转化为电压脉冲信号；

所述缓冲积分模块用于保存电压脉冲信号的直流分量；

所述差分放大模块用于将电压脉冲信号与直流分量相减并放大；

所述信号整形模块用于对相减放大后的信号进行整形。

进一步的实施例中，所述光电转换单元包括pin光电二极管d1、运算放大器u3、第一电阻r1、第一电容c1，所述第一pin光电二极管d1的阳极接至-5v电源，阴极与第一运算放大器芯片u3的反相输入端连接，所述第一电阻r1与第一电容c1并联在第一运算放大器u3的反相输入端与输出端，所述第一运算放大器u3的同相输入端连接至地线。

进一步的实施例中，所述信号缓冲积分模块包括三极管q1、第二电容c2，所述第一三极管q1的基极与运算放大器u3的输出端连接，集电极与5v电源连接，射极与第二电容c2的正极连接，所述第二电容c2的负极接地。

所述差分放大模块包括差分放大器u1、第五电阻r5，所述第一差分放大器u1的同相输入端in+与运算放大器u3的输出端连接，所述第一差分放大器u1的反相输入端in-与第一三极管q1的射极连接。所述第五电阻r5的两端分别与第一差分放大器u1的1号引脚与8号引脚连接。第一差分放大器u1的输出端out与信号整形模块的输入端连接。

所述信号整形模块包括第一比较器u2、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一连接器p1，所述第二电阻r2、第三电阻r3为直流偏置电阻，一端与第一比较器u2的反相输入端(2号引脚)连接，另一端分别连接到地线与5v供电线。所述第四电阻r4为上拉电阻，一端与第一比较器u2的输出端(1号引脚)连接，另一端连接到5v供电线。所述第一比较器u2的输出端(1号引脚)与第一连接器p1连接，对信号进行输出。第一比较器u2的同相输入端与第一差分放大器u1的输出端out连接。

本发明的工作原理为：

所述pin光电二极管d1接收到信号后通过运算放大器将电流脉冲信号转化为电压脉冲信号。接下来电压脉冲信号分为两路，一路直接接至差分放大模块的同相输入端；一路接至由三极管与电容器构成的缓冲积分模块。缓冲积分模块用于保存脉冲信号的直流分量，即由背景光产生的电信号。差分放大模块核心实际使用时选用仪表放大器，实现原始信号与直流分量相减并放大，由此便消除了背景光带来的干扰。将相减后的信号接入信号整形模块进行整形，转化为控制器可以读取的ttl电平并输出。

技术特征：

1.一种抗强光干扰的光脉冲接收电路，其特征在于，包括光电转换单元、信号缓冲积分模块、差分放大模块与信号整形模块，所述光电转换单元用于将电流脉冲信号转化为电压脉冲信号；

所述缓冲积分模块用于保存电压脉冲信号的直流分量；

所述差分放大模块用于将电压脉冲信号与直流分量相减并放大；

所述信号整形模块用于对相减放大后的信号进行整形。

2.根据权利要求1所述的抗强光干扰的光脉冲接收电路，其特征在于，所述光电转换单元包括pin光电二极管d1、运算放大器u3、第一电阻r1、第一电容c1，所述第一pin光电二极管d1的阳极接至-5v电源，阴极与第一运算放大器芯片u3的反相输入端连接，所述第一电阻r1与第一电容c1并联在第一运算放大器u3的反相输入端与输出端，所述第一运算放大器u3的同相输入端与地线连接。

3.根据权利要求1所述的抗强光干扰的光脉冲接收电路，其特征在于，所述信号缓冲积分模块包括三极管q1、第二电容c2，所述第一三极管q1的基极与运算放大器u3的输出端连接，集电极与5v电源连接，射极与第二电容c2的正极连接，所述第二电容c2的负极接地。

4.根据权利要求1所述的抗强光干扰的光脉冲接收电路，其特征在于，所述差分放大模块包括差分放大器u1、第五电阻r5，所述第一差分放大器u1的同相输入端in+与光电转换单元的输出端连接，所述第一差分放大器u1的反相输入端in-与信号缓冲积分模块的输出端连接，所述第五电阻r5的两端分别与第一差分放大器u1的1号引脚与8号引脚连接；所述第一差分放大器u1的输出端out与信号整形模块的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的抗强光干扰的光脉冲接收电路，其特征在于，包括第一比较器u2、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一连接器p1，所述第二电阻r2、第三电阻r3的一端均与第一比较器u2的反相输入端连接，另一端分别连接到地线与5v供电线，所述第四电阻r4的一端与第一比较器u2的输出端连接，另一端连接到5v供电线，所述第一比较器u2的输出端(与第一连接器p1连接，第一比较器u2的同相输入端与第一差分放大器u1的输出端out连接。

技术总结
本发明公开了一种抗强光干扰的光脉冲接收电路，包括光电转换单元、信号缓冲积分模块、差分放大模块与信号整形模块，所述光电转换单元用于将电流脉冲信号转化为电压脉冲信号；所述缓冲积分模块用于保存电压脉冲信号的直流分量；所述差分放大模块用于将电压脉冲信号与直流分量相减并放大；所述信号整形模块用于对相减放大后的信号进行整形。本发明适应性更强，鲁棒性高，误检率低。

技术研发人员：房红兵;马蕴骞
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2020.04.26
技术公布日：2020.08.07