[实用新型]双重补偿式光电转换器

说明书

本实用新型是一种用在差分光电检测装置中的光电转换器，属于光纤传感技术领域。

在强度型光纤传感器及一些光学传感器中，需要对携带传感信息的光信号进行检测和处理。由于要消除光源波动及杂散光的影响，传感器中传感元输出端的光束往往由信号及补偿光两部分组成，在光电探测器检测这些信号时，需经过差分得到随待测物理量变化的电信号。由于待测信号对光强的调制通常是缓慢的，而且待测信号变化所引起的光强变化是微弱的，因此，光电探测器（例光电二极管）的温度漂移、暗电流和检测装置的零点漂移等都会影响检测信号的精度，甚至使检测的信号严重失真。现有的各种光电检测装置，通常都是采用一次差分的方案检测信号，而将暗电流等作为本底计入探测器的误差，因而使检测信号的精度下降，影响检测结果。

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能消除或减小光电探测器的温漂、暗电流和检测装置零点漂移对检测信号影响的光电转换器。

本实用新型采用双重补偿的方案实现，它由光电管桥路、前置放大器和差分器组成，其特点是光电管桥路由信号光桥路和补偿光桥路构成，每个桥路均由两个光电管和两个电阻形成，两个光电管的负极相连接电源V^＋，两个电阻相连接地，电阻和光电管正极相连作为输出端接前置放大器。每个桥路的两个光电管中，一个作为光屏蔽管（通过屏蔽措施，使光对光电管不起作用），一个为光接收管（分别接收信号光或补偿光）。由于光电二极管即使制作工艺和材料相同，也会因加工及制作上的差异，从而具有不同的温度系数和暗电流，为了修正这些不稳定因素，接收管与屏蔽管采用二元线列硅光电二极管，即每个桥路中的两个光电管制作在同一硅衬底上，通过高精度前置放大器与后级双差分电路匹配，得到所测信号。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：一是由于采用二元线列硅光电二极管，抵消了光电管的暗电流及温度漂移，减少了信号的误差，保证了信号的稳定性；二是通过高精度前置放大器，将二元线列硅光电管桥路与同相并联差分器巧妙地联系在一起，既实现了对微弱直流信号的放大，又起到阻抗变换的作用；三是通过两个桥路，实现了修正光源波动、杂散光影响以及光电管不稳定性等功能；四是通用性强，调试方便，经过在光纤温度传感器、光纤差压传感器及光表面膜压计等项目中实际试用，效果很好。

图1是本实用新型的原理示意图；图2是二元线列硅光电管结构示意图；图3是前置放大器电原理图。

本实用新型可采用附图所示的方案实现。图1中的四个光电二极管D₁和D₂、D₃和D₄分别组成两个桥路，接收信号光的D₁和光屏蔽的D₂与电阻R₁和R₂组成接收信号光桥路，接收补偿光的D₃和光屏蔽的D₄与电阻R₃和R₄组成接收补偿光桥路，a、b、a′、b′分别与前置放大器A₁、A₂、A₃、A₄的输入端相连接，A₁和A₂的输出端与差分器C₁的输入端相连，A₃和A₄的输出端与差分器C₂的输入端相连，C₁和C₂的输出端与差分器C₃的输入端相连，电信号由C₃的输出端引出。二元线列硅光电管如图2所示，在同一硅衬底上的二元硅光电二极管（1）固定在一个密封的外壳（2）内，外壳一侧的中心位置开有透光孔，正对接收信号光或补偿光的硅光电二极管（3），光电二极管（4）采用光屏蔽措施，使其不受光的影响；外壳另一侧有三个输输出引线，（5）接b或b′，（6）接a或a′，（7）接电源正极V_＋。图3为前置放大器实施例，它由低漂移高精度运算放大器OPO7和电阻R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁及电容C组成，图中所选元件参数的一组参考值，可为：R₅＝100K，R₆＝3.9K，R₇＝620K，R₈＝100K，R₉＝1K，R₁₀＝520K，R₁₁（可变）＝10K。在具体实施中，两组桥路、四个前置放大器和三个差分器组装在一块电路板上，每个桥路的两个光电管和暗电流及温漂系数应尽可能一致，接收信号光和补偿光的两个光电管的响应度也尽可能相同；四个前置放大器的参数尽可能相近；差分器可采用普通的低漂移双差分直流放大器。在调整时，差分器输入端短路时为零输出；四个光电管全不接收信号时为零输出；两个光电管D₂和D₄实现光屏蔽，D₁和D₃接受相同光信号时为零输出。