一种光纤传感器微弱信号放大电路

1.本实用新型涉及放大电路领域，特别涉及一种光纤传感器微弱信号放大电路。


背景技术：

2.安装在工程结构上的监测系统，主要由各种传感器构成，用以采集埋设部位的物理力学参量，包括应变、变形、荷载和温度等。常规的传感器一般是点式电测仪器，包括最常用的卡尔逊式或弦式传感器，但是常规的电测传感仪器具有点式检测以及长期工作稳定性不高等缺点。随着现代科技的快速发展，一些高科技传感器相继涌现，性能优异。在各种竞相发展的高科技传感器中，光纤传感以其独特优势居于突出地位。尤其是分布式光纤传感器，具有重量轻、尺寸小、灵敏度高、耐腐蚀和抗电磁干扰等特点，集感测与传输于一体，能够实现远程实时分布式监测。
3.但是光纤信号在传输中会产生损耗，传输距离越长，信号损耗越大。如考虑接头、弯曲等线路损耗，光纤信号的损耗会更大，对整个系统的功能实现都会产生很大的影响。因此需考虑光纤信号放大电路将信号放大到足够的水平，同时要提高光纤信号的信噪比，才能满足信号采集卡的输入要求。而在现有技术中，放大电路一般只对信号一级放大，将信号放大到a/d电路能够采集的电压范围内，再通过电容进行滤波。这种放大电路，在对普通信号而言都能够使用，但针对微弱信号采用这种放大电路，其放大就比较有限，还是不能完整的采集微弱信号。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种光纤传感器微弱信号放大电路，通过两级放大电路来达到放大微弱信号的目的，便于采集信息。
5.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种光纤传感器微弱信号放大电路，包括依次连接的基于apd的光电转换电路、第一级放大电路和第二级放大电路，所述第一级放大电路通过电容c1与第二级放大电路连接；所述第一级放大电路包括第一放大器u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4，所述基于apd的光电转换电路的输出端通过电阻r1与第一放大器u1的正极连接端连接，所述第一放大器u1的正极连接端通过电阻r2接地，所述第一放大器u1的负极连接端通过电阻r3接地，所述第一放大器u1的负极连接端通过电阻r4与第一放大器u1的输出端连接；所述第二级放大电路包括第二放大器u2、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8，所述第二放大器u2的正极连接端通过串联电阻r5和电容c1与第一放大器u1的输出端连接，所述第二放大器u2的负极连接端通过电阻r6接地，所述第二放大器u2的输出端通过电阻r7与第二放大器u2的负极连接端连接。
6.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：将光纤传感器采集到的微弱电流信号经过第一放大电路转化放大到电压信号，再通过电容c1进行滤波，最后通过第二放大电路按比例进行再次放大电压信号，方便后期的电路处理。
7.优选的，还包括一滤波电路，所述滤波电路包括第三放大器u3、电阻r8、电阻r9、电
阻r10、电阻r11、电容c2和电容c3，所述第三放大器u3的正极连接端通过串联电阻r9和电阻r8与第二放大器的输出端连接，所述第三放大器u3的正极连接端通过电容c2接地，所述电阻r8和电阻r9的连接端通过电容c3与第三放大器u3的输出端连接，所述第三放大器u3的负极连接端通过电阻r10与第三放大器u3的输出端连接，所述第三放大器u3的负极连接端通过电阻r11接地。这样，通过设置滤波电路，能够过滤噪音，还能够进一步放大信号。
8.优选的，所述电阻r10和/或电阻r11为可调电阻。这样，可以调节放大增益倍数。
9.优选的，所述第一放大器u1和第三放大器u3均为运算放大器ada4817，所述第二放大器u2为微弱放大器opa847。这样，第一放大电路能够构成运算放大电路，将电流信号转换为电压信号；第二放大电路构成等比例放大电路，对信号进行等比例放大；滤波电路构成二阶低通有源滤波器，能够在实现滤波的同时还能够兼具信号放大功能。
10.优选的，所述电阻r7为可调电阻。这样，通过调节电阻r7，第二放大电路能够获得不同的放大倍数。
附图说明
11.图1是本实用新型一种光纤传感器微弱信号放大电路系统框图；
12.图2是本实用新型一种光纤传感器微弱信号放大电路的电路图。
具体实施方式
13.下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述。
14.如图1
‑
2所示，本实施例涉及一种光纤传感器微弱信号放大电路，包括依次连接的基于apd的光电转换电路、第一级放大电路、第二级放大电路和滤波电路。其中，第一级放大电路通过电容c1与第二级放大电路连接。
15.在基于apd的光电转换电路中，光电转换采用雪崩二极管。雪崩光电二极管(avalanche photo diode，apd)是一种pn结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。其基本结构常常采用容易产生雪崩倍增效应的read二极管结构(即n+pip+型结构，p+一面接收光)，工作时加较大的反向偏压，使得其达到雪崩倍增状态，它的光吸收区与倍增区基本一致。apd对光电流具有雪崩放大作用，有利于检测微弱光信号，因此光电转换部分采用铟砷化镓(ingaas)型apd将接收到的后向散射光信号转换为电信号，不仅提高了光接收灵敏度和光电转换效率，而且降低了暗电流。
16.在本实施例中，第一级放大电路包括第一放大器u1及其外围元器件电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4。基于apd的光电转换电路的输出端通过电阻r1与第一放大器u1的正极连接端连接，第一放大器u1的正极连接端通过电阻r2接地，第一放大器u1的负极连接端通过电阻r3接地，第一放大器u1的负极连接端通过电阻r4与第一放大器u1的输出端连接。
17.其中，第一放大器u1为运算放大器ada4817，这种运算放大器具有高速、低噪音和失真小等特点，能够将基于apd的光电转换电路中的apd输出端的电流信号转换为电压信号，并进行信号放大。其供电电源vaa为+5v，vee为
‑
5v，放大倍数为
18.在本实施例中，第二级放大电路包括第二放大器u2、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8，第二放大器u2的正极连接端通过串联电阻r5和电容c1与第一放大器u1的输出端连
接，第二放大器u2的负极连接端通过电阻r6接地，第二放大器u2的输出端通过电阻r7与第二放大器u2的负极连接端连接。
19.其中，第二放大器u2为微弱放大器opa847，能够对信号进行比例放大，进一步放大信号。同时，本实施例可以将电阻r7设置为可调电阻，这样就能够选择不同测量档位，获得不同的放大倍数。具体的，电阻r7可以采用滑动变阻器，也可以采用x9313系列数字电位器。第二放大电路的供电电源vaa为+5v，vee为
‑
5v，放大倍数为可以根据第一级放大电路输入信号的具体情况，通过系统控制器调整第二级放大电路的放大倍数。
20.在本实施例中，滤波电路包括第三放大器u3、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电容c2和电容c3，第三放大器u3的正极连接端通过串联电阻r9和电阻r8与第二放大器的输出端连接，第三放大器u3的正极连接端通过电容c2接地，电阻r8和电阻r9的连接端通过电容c3与第三放大器u3的输出端连接，第三放大器u3的负极连接端通过电阻r10与第三放大器u3的输出端连接，第三放大器u3的负极连接端通过电阻r11接地。
21.其中，第三放大器u3为运算放大器ada4817，同时电阻r10和/或电阻r11为可调电阻。这样整个滤波电路构成了一个带增益调节功能的二阶低通有源滤波器，在实现滤波功能的同时兼具信号放大功能，具有高输入阻抗、增益容易被配置、运放可以被配置为电压跟随器模式等特点。在本实施例的滤波电路中，r8＝r9＝r，c2＝c3＝c，滤波器的截止频率通带增益
22.本实用新型的有益效果为：将光纤传感器采集到的微弱电流信号经过第一放大电路转化放大到电压信号，再通过电容c1进行滤波，最后通过第二放大电路按比例进行再次放大电压信号，方便后期的电路处理。
23.上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。