弱电信号的放大采集电路制造技术

本实用新型专利技术涉及电路控制技术领域，具体的说是一种弱电信号的放大采集电路，其特征在于设有跨阻放大电路、基准电压调理电路、比例运算放大电路、二次比例运算放大电路、二次基准电压调理电路、高速模拟开关，其中待处理信号送入跨阻放大电路的输入端，跨阻放大电路的输出信号送入比例运算放大电路，基准电压调理电路的输出信号送入比例运算放大电路，比例运算放大电路的一路输出送入高速模拟开关，比例运算放大电路的另一路输出送入二次比例运算放大电路，二次基准电压调理电路的输出信号送入二次比例运算放大电路，二次比例运算放大电路的输出信号送入高速模拟开关，具有能够有效提高信号采集精度等显著优点。

【技术实现步骤摘要】
弱电信号的放大采集电路
本技术涉及电路控制
，具体的说是一种特别适用于光电信号采集过程中，能够有效提高信号采集精度的弱电信号的放大采集电路。
技术介绍
分布式光纤测试测温系统是依据光时域反射原理(OTDR)和光纤的背向拉曼散射(RAMAN SCATF0RING)温度效应而研制。该系统利用先进的OTDR技术进行定位，利用拉曼散射效应进行测温。当光源向光纤注入光脉冲后，会产生自发拉曼散射光，自发拉曼散射光包括斯托克斯光和反斯托克斯光，其中部分自发拉曼散射光会沿光纤反射回来，这部分自发拉曼散射光与温度有着密切的关系，经算法分析得出光纤测量温度系统是一种基于拉曼散射。由于分布式光纤测温系统光纤为媒介，光波为信息载体，具有本身绝缘、耐高压高温、抗电磁干扰等优点，适用于易燃、易爆等恶劣环境。相比同类的测温系统具有明显的优势，常用于隧道、港口、电缆及矿场等火灾监测领域。 分布式光纤测温系统需要将光信号转化为电信号然后将电信号进行放大采集，然而光在光纤中传输过程中光功率的大小会随着光纤的长度而呈指数衰减。因此得到的电压信号随着光纤长度增加也会随着衰减，由于ADC的采样范围及采样精度有限，当衰减到一定的程度时，系统从所获取的电压信号中便不能准确的解调出温度信息，温度的精确度随着距离的增加而变差。反之，在测量距离不变的情况下，如果能够提高电压信号的幅值，扩大ADC的采集信号幅值的范围便会相应的提高温度精度。 一般的信号处理方式往往是将光信号的转化为电信号后，经过放大直接给ADC进行采集。假设所使用的高速(采样率大于20MHz) ADC转换芯片所能够采集的电源电压信号范围为±VAD，Vad取IV，采样精度为Nbit，这样当模拟输入的电压信号为土Vad时所得到的数字信号为0~ (2N-1)之间(二进制输出模式下)，其中-Vad对应数字量为000……0，V A11对应数字量为111……1(N个I)。 对于DTS系统,信号的输入的电压值S往往大于0V,即模拟信号范围在0~VAD因此，当用上述ADC进行采集时所得到的数字信号范围为(2^-1)~ (2N-1)，这样相当于ADC的采集精度降低了一倍，变为Ilbit的ADC，ADC没有得到完全利用。
技术实现思路
本技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种特别适用于光电信号采集过程中，能够有效提高信号采集精度的弱电信号的放大采集电路。 本技术可以通过以下措施达到: 一种弱电信号的放大采集电路，其特征在于设有跨阻放大电路、基准电压调理电路、比例运算放大电路、二次比例运算放大电路、二次基准电压调理电路、高速模拟开关，其中待处理信号送入跨阻放大电路的输入端，跨阻放大电路的输出信号送入比例运算放大电路，基准电压调理电路的输出信号送入比例运算放大电路，比例运算放大电路的一路输出送入高速模拟开关，比例运算放大电路的另一路输出送入二次比例运算放大电路，二次基准电压调理电路的输出信号送入二次比例运算放大电路，二次比例运算放大电路的输出信号送入高速模拟开关，高速模拟开关的输出信号送入ADC采集控制单元。 本技术所述跨阻放大电路可以采用型号为0PA850的高带宽运放，运放的反相端与输出端跨接4.7K贴片电阻，运放的同相端对地接4.7K电阻，运放与电阻共同组成夸阻放大电路。 本技术所述基准电压调理电路可以采用如下电路结构:型号为MAX6043AAUT25的高精度基准芯片作为电压源，基准电压源输出电压信号与滑动变阻器相连接，由滑动变阻器对基准电压源进行分压，为防止调整滑动变阻器引起的扰动，在滑动变阻器的两侧并联1nf的贴片电容。这样共同组成了基准电压调理电路。 本技术所述比例运算放大电路可以采用如下电路结构:可采用型号为0PA850的运算放大器，运算放大器的反相端与输出端跨接500Ω贴片电阻；反相端同时接50 Ω贴片电阻与100Ω贴片电阻分别夸阻放大电路的输出端以及二次基准电压调理电路相连接；运算放大器的同相端对地接47Ω的贴片电阻，共同构成10倍的比例运算放大电路。 本技术所述的二次比例运算放大电路可以采用如下电路结构:采用型号为0PA850的运算放大器，运算放大器的同相端同时接两路100Ω电阻分别与比例运算放大电路的输出端以及二次基准电压调理电路(与上述基准电压调理电路相同)的输出端相连接；运算放大器的反相端与输出端跨接510 Ω电阻，同时对地接50 Ω电阻，以上共同构成二次比例运算放大电路。 本技术使用时，特别适用于光纤测温系统中的光电信号采集过程，所述的跨阻放大电路主要用于将APD得到的电流信号转化为微弱的电压信号，该部分电路为常用光电转换电路，其中转化得到微弱的电压信号有温度信息，所述的基准电压调理电路主要用于调整比例运算放大电路的电压输出电平的高低，因背向拉曼信号幅值S往往大于0V，而ADC所能采集信号的范围包含有负信号，因此为保证ADC的采集电压范围被完全利用，这里采用了基准电压调理电路，可调整输出参考电平的高低，例如可将运放输出0V~2V调整为_1V~1V，而信号的峰峰值是不改变的。基准电压调理电路需要采用基准电压芯片，输出的电压信号纹波较小Uv级别)，与比例运算放大电路反相端相连接，采用电位器进行电压调整，所述的运算放大电路主要用于将微弱的电压信号进行放大，放大倍数需要配合基准电压调整电路，调整的原则有2条:1、比例运算放大电路输出的电压信号需要直接被ADC进行采集，采集的信号范围为整个测量距离前半段；2、电压信号幅值范围与ADC能够检测到的电压范围以内相匹配，保证ADC的整个采集电压范围能够被利用起来。这样得到的信号为整条信号的前半段信号，而后半段信号此时往往低于ADC的采集电压范围而不能被正常米集。 比例运算放大电路的调整优势说明:传统的采集方式下背向拉曼最终放大得到的信号幅值为S，S的范围同上所述为0~VAD，测量距离为2L，光在光信号中每公里的衰减为D倍，则信号在L处的幅值为=VaiZDL;在0~L距离段信号幅值对应的数字信号范围为:[(1-1/DL)Ulr1-1]~(2n-l);可以知道该信号范围<(2n-l);而经过一级运算电路及基准电压调整后的前L处的信号范围应在:0~ (2n-l)；因此可以知道，在第一级运放后得到的信号采样精度至少提高两倍； 所述的二次基准电压调理电路与上述的基准电压调理电路作用相同，主要用于调整二次比例运算放大电路输出电平的调理；所述的二次比例运算放大电路用于对比例运算放大电路中的幅度较为低的部分信号的二次放大，二次比例运算放大电路信号幅值调整原贝U:1、采集信号的范围为整个测量距离的后半段；2、调整后半段信号的电压范围与ADC的电压采集范围相匹配； 所述的高速模拟开关用于采集通道的切换，比例运算放大电路与二次比例运算放大电路共用一个采集通道，因此这里需要高速模拟开关进行通道间的切换。因每个运算放大电路采集的距离长度相等都为L，光在光纤中的传播速度是基本保持不变的，因此L段模拟信号对应的采集点数是相同的，在对模拟开关进行切换时可通过计算采集点数控制。 所述的ADC采集控制单元属用以数据信号的采集、累加以及上传，并控制切换高速模拟开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弱电信号的放大采集电路，其特征在于设有跨阻放大电路、基准电压调理电路、比例运算放大电路、二次比例运算放大电路、二次基准电压调理电路、高速模拟开关，其中待处理信号送入跨阻放大电路的输入端，跨阻放大电路的输出信号送入比例运算放大电路，基准电压调理电路的输出信号送入比例运算放大电路，比例运算放大电路的一路输出送入高速模拟开关，比例运算放大电路的另一路输出送入二次比例运算放大电路，二次基准电压调理电路的输出信号送入二次比例运算放大电路，二次比例运算放大电路的输出信号送入高速模拟开关，高速模拟开关的输出信号送入ADC采集控制单元。

【技术特征摘要】
1.一种弱电信号的放大采集电路，其特征在于设有跨阻放大电路、基准电压调理电路、比例运算放大电路、二次比例运算放大电路、二次基准电压调理电路、高速模拟开关，其中待处理信号送入跨阻放大电路的输入端，跨阻放大电路的输出信号送入比例运算放大电路，基准电压调理电路的输出信号送入比例运算放大电路，比例运算放大电路的一路输出送入高速模拟开关，比例运算放大电路的另一路输出送入二次比例运算放大电路，二次基准电压调理电路的输出信号送入二次比例运算放大电路，二次比例运算放大电路的输出信号送入高速模拟开关，高速模拟开关的输出信号送入ADC采集控制单元。2.根据权利要求1所述的一种弱电信号的放大采集电路，其特征在于所述跨阻放大电路采用型号为0PA850的高带宽运放，运放的反相端与输出端跨接4.7K贴片电阻，运放的同相端对地接4.7K电阻，运放与电阻共同组成夸阻放大电路。3.根据权利要求1所述的一种弱电信号的放大采集电路，其特征在于所述基准电压调理电路采用如下电路结构:型号为MAX6043AAUT25的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，史振国，王建强，张永臣，乔秋晓，刘伟，于娟，李德和，贺春芝，姜昌海，王秀亮，
申请(专利权)人：威海北洋光电信息技术股份公司，
类型：新型
国别省市：山东;37