[发明专利]一种电压型光电转换器、装置及方法

权利要求书

1.一种电压型光电转换器，其特征在于，包括：方形基座（1）、透光片（2）、光频转换单元、频率电压转换单元（4）和金属盖板；

所述光频转换单元与频率电压转换单元（4）通信连接；所述光频转换单元和频率电压转换单元（4）固定于方形基座（1）中；所述金属盖板和透光片（2）分别与方形基座（1）固定连接；所述频率电压转换单元（4）用于将光频转换单元的输出频率信号转换成电压信号；

所述光频转换单元包括：驱动电路（3）和压电谐振式传感器（5）；

所述压电谐振式传感器（5）的输出端与驱动电路（3）的输入端连接；

所述方形基座（1）的内部两侧长边方向从下至上均包括：第一层台阶、第二层台阶、第三层台阶和第四层台阶；

所述第一层台阶的踏面和第二层台阶的垂面构成的区域为方形基座（1）底部的凹槽；所述驱动电路（3）和频率电压转换单元（4）固定在凹槽中；所述凹槽底部的四个角的表面镀有金属层；所述第二层台阶的踏面镀有金属层，所述第二层台阶踏面的金属层与沿方形基座（1）内壁到驱动电路（3）的金属化走线连接；所述压电谐振式传感器（5）固定于第二层台阶的踏面；所述透光片（2）固定于第三层台阶；所述第四层台阶分布于方形基座（1）的四周，其踏面镀有金属层；所述第四层台阶与金属盖板固定连接；

所述驱动电路（3）包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、接地电阻R4、电阻R5、接地电阻R6、接地电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、接地电容C5、电容C6、接地电容C7、接地电容C8、电容C9、接地电容C10、稳压二极管D1、晶振Y1、电感L1、电感L2、放大器U1和三极管Q1；

所述电阻R1的一端作为驱动电路（3）的输入端，其另一端分别与电感L1的一端、接地电容C1、稳压二极管D1的负极和电容C4的一端连接；所述电感L1的另一端分别与电容C2的一端、电容C3的一端和晶振Y1的一端连接；所述电容C4的另一端分别与电容C2的一端和电容C3的一端连接；所述稳压二极管D1的正极接地；所述三极管Q1的基极分别与电阻R2的一端、晶振Y1的另一端和电容C6的一端连接，其集电极与电阻R3的一端连接，其发射极分别与电容C6的一端、接地电容C7、接地电阻R4、电感L2的一端和电容C9的一端连接；所述放大器U1的输入端IN分别与电容C9的另一端、电阻R5的一端和接地电阻R6连接，其VCC端分别与电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、接地电容C5、电阻R5的另一端和接地电容C10连接；所述电感L2的另一端与接地电容C8连接；所述放大器U1的输出端OUT作为驱动电路（3）的输出端。

2.根据权利要求1所述的电压型光电转换器，其特征在于，所述方形基座（1）的材料为陶瓷。

3.根据权利要求1所述的电压型光电转换器，其特征在于，凹槽底部的镀有金属层的四个区域分别与方形基座（1）底部的4个角处的焊盘一一对应连接。

4.根据权利要求1所述的电压型光电转换器，其特征在于，所述压电谐振式传感器（5）包括：传感器晶片（51）、第一传感器电极（52）和第二传感器电极（53）；

所述传感器晶片（51）固定在第一传感器电极（52）和第二传感器电极（53）之间。

5.一种根据权利要求1所述的电压型光电转换器的装置，其特征在于，包括：光频转换单元、频率电压转换单元（4）、信号调理采集单元、信号处理单元、显示单元和直流稳压单元；

所述光频转换单元的输出端与频率电压转换单元（4）的输入端连接；所述频率电压转换单元（4）的输出端与信号调理采集单元的输入端通信连接；所述信号处理单元分别与信号调理采集单元的输出端和显示单元通信连接；所述直流稳压单元与光频转换单元电连接；所述光频转换单元包括：驱动电路（3）和压电谐振式传感器（5）；所述压电谐振式传感器（5）的输出端与驱动电路（3）的输入端连接；所述频率电压转换单元（4）用于将驱动电路（3）的输出频率信号转换成电压信号。

6.一种应用权利要求5所述的电压型光电转换器的装置的电压型光电转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在无光信号照射光频转换单元的光窗口时，测量频率电压转换单元（4）的输出电压，得到频率电压转换单元（4）的无光输出电压；

S2、将光信号对准并照射到光频转换单元的光窗口，测量频率电压转换单元（4）的输出电压，得到频率电压转换单元（4）的有光输出电压；

S3、根据频率电压转换单元（4）的无光输出电压和有光输出电压，计算光电转换器的光信号强度；

步骤S3中计算光电转换器的光信号强度的公式为：

V₁= V₀·(1+ C_Lf·P)

V₀=K_f-V·f₀

其中，V₁为频率电压转换单元（4）的有光输出电压，V₀为频率电压转换单元（4）的无光输出电压，C_Lf为压电谐振式传感器的光-频转换系数，P为光信号强度，K_f-V为频率-电压转换系数，f₀为光频转换单元无光信号照射时输出的频率。