光电信号检测电路设计说明
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析MEMS光纤压力传感器是一种基于光纤传感技术和MEMS技术相结合的新型传感器。
它通过对光纤的应变进行监测和测量，实现压力信号的获取和传输。
光纤压力传感器具有体积小、重量轻、精度高、响应速度快等优点，在工业、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
本文对MEMS光纤压力传感器的检测电路系统进行了设计和分析。
一、MEMS光纤压力传感器的工作原理MEMS光纤压力传感器由光纤传感元件和光电检测电路组成。
光纤传感元件一端固定，另一端则与受力物体相连。
当受力物体受到外界压力作用时，光纤被应变，导致传感元件长度发生微小变化，从而改变光纤传输的光功率。
光电检测电路通过检测光功率的变化来获得压力信号。
二、MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计要点1. 光纤传感元件的选用：光纤传感元件的选择应考虑其灵敏度、稳定性、线性度等因素。
一般而言，采用光纤光栅或光纤光学腔等结构较为常见。
2. 光电检测电路的设计：光电检测电路的设计需要考虑光电二极管的工作点选择、放大电路的设计等因素。
由于传感器的输出光功率较小，因此需要采用高灵敏度的光电二极管，并通过放大电路将微小的光功率变化放大到适合A/D转换的电压范围。
3. 温度补偿电路的设计：光纤传感元件的灵敏度和稳定性受到温度的影响较大，因此需要设计温度补偿电路来抵消温度引起的误差。
一种常见的方法是采用温度传感器测量环境温度，并通过微处理器进行温度补偿。
三、MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计分析1. 光纤传感元件的设计分析：光纤传感元件的设计需要考虑其应变灵敏度和机械结构的可靠性。
光纤光栅可以通过周期性的折射率调制来实现对光纤传输的调控，具有灵敏度高、线性度好的优点，适用于高精度的压力测量。
光纤光学腔则通过改变光纤的长度来改变光纤的传输特性，具有响应速度快的优点，适用于需要快速响应的场合。
MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计需要综合考虑光纤传感元件的选用、光电检测电路的设计和温度补偿电路的设计等因素。
光电报警器电路设计
光电报警器电路设计光电报警器是一种利用光电传感器来检测光线变化并产生报警信号的电子设备。
它常用于安防系统、火灾报警系统等场合。
在设计光电报警器电路时，主要需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发等方面。
下面将详细介绍光电报警器电路的设计过程。
首先，选择合适的光电传感器。
常用的光电传感器有光敏电阻和光电二极管等。
光敏电阻是一种利用光照强度变化而改变电阻值的元件，灵敏度较低，需要进行信号放大处理。
而光电二极管则是一种能够将光信号转化成电流输出的器件，灵敏度较高。
根据实际需求选择合适的光电传感器。
其次，进行信号放大。
信号放大是为了增强光电传感器输出的弱电信号，提高其稳定性和可靠性。
常用的放大电路有运算放大器差分放大电路和晶体管放大电路等。
其中，运算放大器差分放大电路采用运算放大器作为放大元件，通过调整反馈电阻和输入电阻的比例关系，将光电传感器输出的电压信号进行放大。
然后，进行信号处理。
信号处理是为了对光电传感器输出的电信号进行处理和转换，从而得到满足实际需求的信号。
常用的信号处理电路有滤波电路、计数电路和比较电路等。
滤波电路可以滤除噪声信号，提高信号的清晰度和准确性。
计数电路可以对信号进行计数，判断光照强度的变化情况。
比较电路可以将光电传感器输出的信号与设定的阈值进行比较，进而产生触发电平。
最后，进行报警触发。
报警触发是通过光电传感器输出的信号判断是否触发报警，并产生相应的报警信号。
根据需要选择合适的报警触发电路，常见的触发电路有继电器触发电路和集成报警电路等。
继电器触发电路通过继电器对电流进行控制，实现报警信号的切换。
集成报警电路则是利用集成电路的功能实现报警信号的产生和输出。
在光电报警器电路设计中还需要考虑电源电路和保护电路等。
电源电路是为了为光电传感器和其他电路提供稳定可靠的电源供电。
保护电路是为了保护光电传感器和其他电路不受过电压、过电流等问题的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
总结起来，光电报警器电路设计需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发、电源电路和保护电路等方面。
高频光电探测器的信号处理电路设计
电路 中 ． Ｉ ２ｎ。 取 ． Ａ Ｂ的噪声带宽实际取 １ Ｍ ｚ可算得散弹 噪 ６ ． Ｈ。 ０ 电阻 ． 使得该放大器既有较低 的噪声 ． 又有较 大的带 宽和动态范 围。 声 的电流方 均根为 ０２７ Ａ． 内阻 Ｒ １０ Ｑ． 可得 相应 的散弹 噪 ．８ｎ 取 ＝ ０ｋ 则 １３ 差动放大 电路 ＿ 为 ２８ １ ．７ｘ ． Ｖ。 系统 测量时 ．对 于指示光栅和 主光栅尺相对 移动产生 的莫 尔条 声 电压方 均根 ｖ 根据 误差理论 可知 ． 噪声分 量应 按照方 和根进行叠加 ． 以总 的 所 纹 ． 用 四个光 电探测器分别 置于莫尔 条纹每 相隔 １ 周 期处 ． 选 ， ４ 因此 可测得 ４ 相位依次相差 ９ ｏ 路 ０的正余 弦信号 ，ｌｓ 、ＣＳ一ｉ、ｃｓ 输 出噪声 电压有效值为 ： ￣＋ｉ ＋Ｏ、ｓ 一ｏ。 ｎ ｎ
图 １ 差 分 放 大 电 路
１ 光 电 转 换 电 路 设计
２ 电路的噪声分析
１ 光电探测器 ． １ 电子线路 中常见 的固有噪声有热 噪声 、低频噪声 和散弹噪声 三 硅光电二极管的典型结构有两种 ． 是采用 Ｎ型单晶硅和扩 散 一种 种 。 工艺 的 Ｐｎ ． ＋ 结 另一 种是采用 Ｐ型单 晶和磷扩 散工艺 的 Ｎ 结 。 光敏 热噪声是 一种 白噪声 ．由导体 中的点 和载流子 的热激震动所 引 芯区外侧 的 ｎ环区称 为保护环 ． ＋ 其作用是切 断表面层漏 电流 ． 使暗 电 起。 电子的运动与温度有关 ， 任何处于绝对零度以上的导体 ， 都有电子 流明显减小 在 Ｐ 。 区和 ｎ 区之间加入一本征层（ 层 ） Ｉ 就形成 ＰＮ光 电 Ｉ 的随机运动 ， 这些运动产 生的方均值 电压不 为零 ， 的方均根 电压 的 它 二极管 ． 其载流子扩 散时间和节 电容都得到 明显的减小 ． 光电二极管 公式为 ： 的频率响应特性 得到很 大的改善 ＰＮ光 电二极管本征层 的引入加大 Ｉ Ｕ（＝ ／ ｋ Ｒ 、４Ｔ Ｂ １ ） 了耗尽层区的厚度 ． 并形成强 电场 区 由于入射 光子只能在本征层 内 其 中， 是 波尔兹曼常量 ； ｋ Ｔ为导体 的绝对温 度 ； Ｂ为测 量系统 的 被吸收 ． 光生载流子在强 电场作 用下加速运动 至 Ｎ层 ． 因此载流子渡 Ｒ为导体 的电阻或阻抗实部。 越 时间非常短 。 同时 ． 耗尽层 的加宽使结 电容 明显减 小 ． 提高 了响应速 噪声带宽 ； 电路 中， 取 室温为 ２ ０ ， Ｔ ９ Ｋ Ｂ的噪声带宽实际取 １ ＭＨ ． 于 Ｒ ． ｚ对 ０ ＝ 度 ｌ 相 比于普 通 的 Ｐ ＂ ２ １ ． Ｎ结光 电二极 管具有更 好的频率 响应特性 和更 ｌＯ ￣ 的输入 电阻． Ｏｋ 可算 得 １ ０ ￣的 电阻在噪声带 宽为 １ Ｍ ｚ ０ｋ ． Ｈ 时产 ０ 高灵 敏度 ， 因此更加适合用在 高速 的微弱光信号检测系统 中。 此外 ， 光 生的热 噪声电压值为 ４ ｔ ０Ｖ ｚ 电探测器的光敏面尺 寸也与转换速 率相关 ． 光敏 面尺寸越小 ． 转换速 低 频噪声 又称为 １ 噪声 ． ／ ｆ 在晶体管的制造过程 中． 表面腐蚀 以及 率 越大 ． 因此欲得到 高频 率响应特 性的光 电转换 电路 ． 还需尽 量选择 其 他清洁不完 善都会对 低频 噪声产生很大影 响 由于本 电路 为高频工 光敏 面尺寸小 的光 电探测器 作 电路 ， 因此 ｆ 的值为兆级 ， 本电路 的低频 噪声可 以忽 略不计 。 因此 １２ 前置放大 电路 ＿ 散 弹噪声是 由于二极管 、 晶体管 中载 流子非 连续运动产生 的脉 冲 由于光 电探测器输 出的电流信号非常微弱 ．前置放大电路需要 电流而形 成 ． 电流的方均根 的公式 为 ：
基于光电倍增管的弱光检测电路设计
基于光电倍增管的弱光检测电路设计光电倍增管是一种能够将光信号放大的器件，适用于弱光检测的应用。
设计一个基于光电倍增管的弱光检测电路，需要考虑光电倍增管的工作原理、电路的放大和滤波功能、噪声抑制、以及电路的稳定性等方面。
首先，我们需要了解光电倍增管的工作原理。
光电倍增管由光电阴极、倍增层、打拿极和阳极等部分组成。
当光入射到光电阴极上时，光子会激发阴极上的光电子，光电子经过倍增层的倍增作用，最终在阳极上产生电流信号输出。
在电路设计中，我们需要将光电倍增管的输出信号进行放大和滤波，以提高对弱光信号的检测灵敏度。
在放大方面，可以采用运放电路对电压信号进行放大；在滤波方面，可以使用RC滤波电路对信号进行滤波，去除高频噪声。
此外，还可以考虑使用可变增益放大器，根据光信号强度的变化自动调节增益。
另外，噪声抑制也是设计中需要考虑的问题。
光电倍增管的输出信号可能会受到电源噪声、热噪声等干扰，为了降低噪声的影响，可以采用差分放大电路，在信号放大的同时抑制共模噪声。
可以设计一个补偿电路，将噪声信号进行补偿，使得输出信号更加稳定。
此外，为了保证电路的稳定性，我们还可以考虑使用稳压电源，减少电源波动对电路的影响。
同时，应注意电路布线的合理性，防止信号干扰和串扰。
在实际应用中，还需要考虑电路的功耗和大小等因素。
可以采用低功耗的元器件和集成电路，使得电路更加紧凑和高效。
综上所述，基于光电倍增管的弱光检测电路设计需要考虑光电倍增管的工作原理、电路的放大和滤波功能、噪声抑制、电路的稳定性、功耗和布线等因素。
通过合理地设计和优化电路，可以实现对弱光信号的准确检测。
光电电流检测放大电路原理
光电电流检测放大电路原理光电电流检测放大电路是应用广泛的一种电子电路，其原理基于光电效应和放大原理。
光电效应是指光子与物质相互作用时，物质吸收光子能量并转化为电子的动能，从而在物质中产生光电流的现象。
放大原理则是通过电路设计，将微弱的光电流信号放大成可用的电信号。
以下将详细阐述光电电流检测放大电路的原理及应用。
一、光电效应光电效应分为外光电效应和内光电效应。
外光电效应是指光子使电子从材料表面逸出的现象，内光电效应则是光子在材料内部引起电子跃迁的现象。
在光电电流检测放大电路中，通常利用内光电效应来检测光信号。
内光电效应的响应速度和灵敏度较高，适用于各种光线强度和波长的检测。
二、放大原理放大原理是利用电子器件将微弱的光电流信号放大成可用的电信号。
常用的放大器有运算放大器和跨阻放大器等。
运算放大器通过反馈电路和输入级电路的组合，实现对输入信号的放大和滤波等功能。
跨阻放大器则通过测量电阻两端的电压来测量电阻上的电流，常用于光电检测电路中。
三、电路组成光电电流检测放大电路通常由光电转换器件、前置放大器和后级处理电路组成。
光电转换器件是实现光电转换的关键元件，常用的有光电二极管、光电池和光敏电阻等。
前置放大器的作用是将光电转换器件输出的微弱光电流信号转换为电压信号，并进行初步放大。
后级处理电路则对前置放大器输出的电压信号进行进一步的处理和调节，以满足应用需求。
四、应用光电电流检测放大电路在许多领域都有广泛的应用，如生物医学、环境监测、光谱分析等。
在生物医学领域，光电电流检测放大电路可用于测量生物体内的荧光信号、生物电信号等；在环境监测领域，可用于测量大气中的气体成分和浓度；在光谱分析领域，可用于测量物质的光谱特性。
总之，光电电流检测放大电路的原理是基于光电效应和放大原理，通过特定设计的电路将微弱的光电流信号转换为可用的电信号。
这种电路具有高灵敏度、高响应速度和高稳定性等优点，因此在许多领域都有广泛的应用前景。
微弱光信号的光电探测放大电路的设计
ｄｅｅ ｔｏ ｏｒ ｔ ｃｉ ｎ ｆ ｗｅ ｋ ｓｇ ｌ ｍｐ ｉｙｎｇ ｈｅ ｉｎａ －ｔ ｎｏｓ ａ ｉ ｎｄ ｈｅ ｔ ｂｌｔ ｐ ｏ ｌ ｍ ，ｈｅ ｅ ｉｎ ｏ ｌｗ ｎｏｓ ａ ｉｎａ ａ ｌｆ ｉ ｔ ｓｇ ｌ ｏ－ ｉｅ ｒ ｔｏ ａ ｔ ｓａ ｉｉｙ ｒ ｂ ｅ ｔ ｄ ｓｇ ｆ ａ ｏ ｉｅ ｐ ｔｅ ｅ ｔ ｃ ｓｇ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｉｃ ｔ ａ ｉｅ ｈ ｉｃ ｔｐａ ａ ｔｒｓ ｌｃｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｈｏｏ ｌ ｃｒ ｉｎ ｌａ ｌｆ ｇ ｃ ｒｕｉ， ｎｄ ｇｖ ｓｔ ｅ ｃｒ ｕｉ ｉ ｙｉ ｒ ｍｅ ｅ ｅｅ ｔｏ ｔ ｏ
了噪 声 ，而且 必 然 还 会 附加 一 些 额外 的 噪声 ，例
１ 基 本 电路
光 电二 极 管作 为 光 探 测 器 有 两种 应 用 模 式
收 稿 日期 ：０１ — ４ ２ ２ ２ ０—４
如图１ 所示 。
基 金 项 目 ： 部 级 以 上 基金 资 助 项 目ｆ 须 要 有 编 号１ 省 必
摘
要 ：分析 了微 弱光 信 号放 大 电路 的基本 工 作原 理 ，针 对光 电探 测 中对 微 弱信 号放 大带 来
的信 噪 比和稳 定性 问题 ，设 计 了一种低 噪 声光 电信 号放 大 电路 ，并给 出了电路 参数 选择 方法 。
关键 词 ：光 电探 测 ；光 电二极 管 ；放 大 电路 ；噪 声模 型
号 的 幅值 ，才 能 提 取 出有 用 信 号 。本 文 针 对 检 测 微 弱光 信 号 的光 电二 极管 放 大 电路 ，综 合 分 析 了 其 电路 噪声 、信 号 带 宽及 电路 稳 定 性 ．在 此 基 础 上 设计 了一 种 低 噪 声 光 电 信 号放 大 电路 ，并 给 出 电路 参数 选择方 法 。 ｅ ：监。
4-3光电探测器的放大电路
Ap1、Ap2、Ap3分别为各级的功率增益。
12
由
pn 得： NF 1 AP pni
Pn NF 1 Ap Pni
每个放大器单独和源相连接时，得到：
Pn1 NF1 1 Ap1 Pni Pn 2 NF2 1 Ap 2 Pni Pn3 NF3 1 Ap 3 Pni
Ap为三级放大器的总的功率增益：
Ap Ap1 Ap 2 Ap3
14
所以：
NF1, 2,3
Ap 2 Ap3 Pn1 Ap3 Pn 2 Pn3 Pn 1 1 Ap Pni Ap1 Ap 2 Ap3 Pni
Pn1 Pn 2 Pn3 1 Ap1 Pni Ap1 Ap 2 Pni Ap1 Ap 2 Ap 3 Pni
首先介绍低噪声前放的选用方法 。
20
噪声系数NF是用来描述放大器（或一个器件）噪声性能的
参数，如果一个放大器是理想的无噪声的放大器，那么，它 的噪声系数NF=1，而NF=10 lg(NF)=0（dB）
一个实际的质量好的低噪声前臵放大器其NF值可以做到
0.05dB，甚至更低。
生产厂商在出售低噪声前放时，都附有关的技术资料，其
对于低噪声运放，生产厂家一般会在其产品手册中提供一定 测试条件下的NF-Rs曲线，如下便是两例。
OP-07的NF-Rs曲线
LMC662的NF-Rs曲线
从NF-Rs曲线上可以清楚地看到，在所运用的频率范围下， 源电阻Rs和NF的关系，当源电阻为50KΩ，运用频率为 1KHz时，OP-07的NF约为3dB，而LMC662却为8dB，故这 两者比较应选用OP07。
f0可调的带通滤波器，采用噪声发生器法，或正弦波法，测出不 同Rs和f0条件下的一系列NF值，都标在坐标图上。
光电探测器微变信号检测电路的设计
１ 引 言
发生。我们设计 了一个电路来处理这种微变信号 ， 很好地解决了探测器的微变信号处理问题。
２ 电路 设计
光 导 型光 电探 测 器 在 工 作 时 ． 要 有 直流 偏 置 需 【 作点 ” 无 光 照 射 时 ， 测 器 输 出直 流 电 平 ， 探 有
光照射时， 探测 器的光电导 发生变化 （ 一般 都是 增 大）从而使探测器 的取样电压发生变化 ， ． 由此实现 『 ｌ 光信号的探测。在火灾探测过程 中， 常常由于烟 气或可燃气体的阻挡 和吸收 ， 入射到探测器 的光信 号强度可能变得很小 ， 光强起伏变化也很慢 ， 这使得 探测器的输出信号 十分微弱 ， 变化速度慢 ， 并称之为 微变信 号 。用常规 的放大 方法很 难检 测 出这种 微 变
ｔａ ｃ ｒ ｅｉｇｔｅｄ ｔｃｏ ｅｉｔｎ ｅａ ｗ ａ ｔ， ｎ ａ ｅｍｉｒ—ａｉｕ ． ｅｏ ｅ ａ ｈ ｈ ｎ ｅｓ Ｐ ｒｍｅ ｈ ｔ ｏｔＪ ｒｎ ｈ ｅｅｔｒｒｓｓａ ｃ ｓｔ ｏｐ ｒｓ ｏｅ ｗ ｓｔ ｃｏｖ ｒ ｓ ｔ ｔ ｒｗ ｇｔｅｃ ａ ８＿ ａａ — ｇｄ ｈ ｏ ｈ ｈ ｔｒ ｅｅｄ ｔｒ ｎ ｄ ｆ ｍ ａｃ ｌｔ ｎ ｒｍ ｈｃ ｅｏ ｔｕ ｌ ｐｏ ｏ ｔ ｎ ｏｍｉｒ —￣ ｏ ｓｒｓｓ ｎ ｅｍｉ ｅＤＣ ｅｓｗ ｒ ｅｅ ｍｉｅ ｏ ｃｌｕａ ｏ ｓｆ ｒ ｉ ｏ ｗ ｉｈｔ ｕｐ ｔ ￥ ｒｐ ｒｉ ａ ｔ ｃｏｖ ｈ ｗｆ ｏｌ ｕ ｅｉｔ ｃ ｄｔ ａ ｈ
ｂ ａ ｓ ａ ｃ ｌ ｕ ， ｉ ｈ ｍｅｍｔｔ ｅｏ ｔ ｕ Ｅ， ｒ ｐ ｒｉｎ ｌ ｏ ｔｅ ｗｅ ｋ ｐ ｏｏ ｌ ｃ ｉ ｊ ｉｓ ｗａ ｃ ｎ ｅｌ ｏ ｔ ｗｈｃ ￣ ｕ ｐ ｔＷ Ｋ ｐ ￣ ｏ ｔ ａ ａ ｈ ｔｅｅ ｔ ｃ ｓ ｄ ｅ ｈ ￣ ３ ｏ ｔ ｈ ｒ ｗ ｓ ａ ａｙ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ ｓ ｗ ｌ ａ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｅａｌ ａ ｅｌ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ： ｈ ｔ ｌｃｒｃ ｄ ｔｃ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｐ ｏｏ ｅ ｔｉ ｅ ｅ ｔｒ ｅ ｓ ａ ； ｅ ｅ ｔ ｇ ｃｒ ｕ ｔ ｉ ｌ ｄ ｔｃｉ ｉ ｉ ｎ ｇ ｎ ｃ － Ｔ ｅ ｃｒ ｕ ｔｐ ｏ ｅ Ｄ ｈ ｉ ｉ ｒｐ ｒ＂ ｃ