[发明专利]一种光纤传感信号处理前端电路

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种光纤传感信号处理前端电路，适用于传感器领域。

背景技术

光纤具有许多其他传输介质所没有的优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射，质软，重量轻，耐高温和耐化学腐蚀，近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强和智能化、网络化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器作为传感器家族的新成员，由于其优越的性能而倍受青睐。在各种光纤传感器中以干涉型光纤传感器的灵敏度最高。光纤传感器正是得益于光纤的种种优点而使许多传统传感器黯然失色。光纤传感器利用光纤本身的敏感特性进行工作。由光源发出的光在光纤中传播时，若应力、温度、电场、磁场等外界因素发生了变化，该过程称为光波的调制。20世纪70年代以来，在飞速发展的光纤通信技术的带动下，光纤传感器技术取得了巨大的发展。美国海军研究所1977年开始执行FOSS计划，从此以后许多国家对光纤传感器进行了大量研究。随着技术的进步、工艺水平的提高和计算机技术在光纤传感器系统中地应用、光纤传感器的可靠性不断提高。光纤传感器正逐步从实验室走入市场。

光纤传感器自身的优点和技术的成熟使其在军用和民用领域都得到广泛应用，具有很大的市场需求。首先在民用方面，从电力系统、水利工程、石油矿井、化学工程等大型工程到环境检测、食品安全检测、医学检测等生活相关的行业，光纤传感传感器的应用几乎覆盖国民经济中所有领域，应用范围及其广泛。

光在光纤里传输的时候会受到诸如温度、声场、压力和加速度等外界因素的影响而在振幅、相位或者偏振态等一些方面的变化，检测这些变化量也就获得了传感信息。而且对我国交通执法和运输管理水平的提高有着重要的现实意义。

发明内容

本发明提供一种光纤传感信号处理前端电路，电路结构紧凑，体积小，整个电路工作稳定，适应性好，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。

本发明所采用的技术方案是。

光纤传感信号处理前端电路从模块上包括信号源及其放大电路，光发射机，光接收机电路几个部分组成。

所述光纤传感信号处理前端电路首先用一个信号源调制激光器发射光信号，光信号经过光路的传播后由光接收机接收，这时光接收机输出的信号就包括了信号源的调制信号和传感信号两部分。由于光的传播速度相当快，光接收机输出的调制信号和本地信号源可以视为是同步的，把这两者混频得到它们的差频也就获得了低频的幅度传感信号。这就是电路设计的基本思想。这种方法消除了外界环境因素和晶振的稳定性对信号源的影响，使提取的低频传感信号更为准确。电路的功能框图。信号源产生时钟的信号经放大后分成两路，其中一路用于直接调制激光器，把信号传送给光路；另一路传输给混频器。光接收机将光路中的信号接收并号转换成电信号后也将其送给混频器。混频器将两路信号混频得到信号在光路中发生的变化量，再经过低通滤波器滤除不必要的高频信息得到电路的输出。

所述激光器驱动电路中，D1是一个3.9 V的稳压二极管，通过W1的调节可以直接控制LM324的3脚电压输入。LM324的两个放大器USA,USB用于电压跟随，调节得到三极管把稳定的电压转化为稳定的电流提供给LD。USC的比较器接法用于报警电路，使得当通过LD的电流过大的时候LED发光报警。磁珠L1作用是阻挡驱动电路中的高频信号到达激光器。C8作用是滤除直流供电电路中的交流成分。

所述差分放大电路中，采用性能相对较高的跨阻前置放大电路，较好的符合了系统的要求。电路选用的是MAXIM公司的MAX3657型号的跨阻放大芯片，它的典型带宽为130MHz，具有54 k欧的互阻增益，输入参考噪声仅为14nA，此外它还具有平均光电流监视的功能。

光电二极管上的电源电压噪声产生能降低接收器灵敏度的电流。将MAX3657内的滤波电阻与外接电容配合使用，可减少电源噪声对性能的影响。为获得良好的光灵敏度，选择C10为400 Pf。R23用于监视平均光电流。此外为使电源噪声最小，MAX3657的输出端应该接差分负载。

所述主放大器电路中，前端的前置放大电路放大出来的电压信号相对较弱一般都在毫伏级，二次放大是必需的。电路中主放大器选择了MAXIM公司的MAX4445。它的差分输入端很好的配合了MAX3657，该芯片还具有增益可调整的特点，使放大器本身具有一个动态的增益范围，可以更灵活的应用于系统。R16,R17并联在差分输入端使两级放大器之间的阻抗匹配，可调电阻W2控制着放大器的放大倍数，R20的作用是减小输出振铃。