配有跨阻抗电路的检测设备制造技术

本发明专利技术涉及一种检测设备，包括：光电二极管（Ph），其被设计用来捕获发光信号以便将其转换为电流（Iph），并且具有第一端和第二端；跨阻抗放大器电路，其连接在光电二极管（Ph）的第一端和第二端之间，并且被设计用来放大来自光电二极管（Ph）的电流（Iph）。该跨阻抗放大器电路包括多个并联的运算放大器（AOP1、AOP2、AOP3）以及对于所有连接的放大器公共的增益电阻器（Rgain）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种配有跨阻抗放大器电路(transimpedance amplifier circuit)的检测设备。
技术介绍
存在被设计来检测不同类型气体的检测设备。这些设备基于由发光二极管组成的光发射器，该发光二极管能够发射与接收器相关联的发光信号，该 接收器由被设计用来捕获发光信号以便将其转换为处理部件可使用的电流的光电二极管组成。对于不同波长存在多种光发射器，作为气体的吸收波长的函数，它们能够检测不同类型气体。而且，这些设备在它们的输出端处包括跨阻抗放大器电路，能够放大光电二极管的输出电流以便获得输出电压。该跨阻抗放大器电路通常包括单个运算放大器，其配有负输入端、正输入端和一输出端。光电二极管连接在运算放大器的正输入端与负输入端之间，并且增益电阻器连接在运算放大器的负输入端与输出端之间。在二氧化碳(CO2)的吸收区起作用的光电二极管不幸地具有非常低(几十欧姆)的并联电阻(分流电阻)。因为光电二极管的分流电阻相对于增益电阻器的电阻非常低，因此在跨阻抗电路的输出端处噪声被强烈地放大。这可以通过下列等式来简单地解释eout · ^e2aop + 4-k-T-Rshimt汉shunt在上面的等式中eout是跨阻抗电路的输出端处的噪声，Rgain是增益电阻，Rshunt是光电二极管的分流电阻，eaop是运算放大器产生的输入电压噪声，k 是 Boltzmann 常数，T是温度。在现在的电路中，为了降低跨阻抗放大器电路的输出端处的噪声，使用具有最低可能输入电压噪声的运算放大器。然而，对于某些应用，例如用于检测二氧化碳的低功耗设备，现有运算放大器的特性不能令人满意。从文献W02006/031793和W02006/049985中可知晓信号放大器系统。本专利技术的目的是提出一种配有跨阻抗放大器电路的检测设备，其中在该跨阻抗放大器电路的输出端处的噪声较低。
技术实现思路
上面特征通过一种检测设备来实现，该检测设备包括光电二极管，其被设计用来捕获发光信号以便将其转换为电流，并且具有第一端和第二端；跨阻抗放大器电路，其连接在光电二极管的第一端和第二端之间，并且被设计用来放大来自光电二极管的电流，该跨阻抗放大器电路包括第一运算放大器，具有正输入端、负输入端和输出端；第二运算放大器，具有与第一运算放大器的正输入端连接的正输入端、与第一运算放大器的负输入端连接的负输入端以及与第一运算放大器的输出端连接的输出端，与两个运算放大器并联连接的公共增益电阻器。根据一个特殊特征，所述设备包括与第一运算放大器的输出端串联连接的第一电阻器以及与第二运算放大器的输出端串联连接的第二电阻器。根据另一个特殊特征，第一电阻器和第二电阻器具有低于增益电阻器的值的值。根据另一个特殊特征，第一电阻器和第二电阻器具有完全相同的值。根据另一个特殊特征，电阻器的值被选择为大于运算放大器的输出阻抗的最高值。附图说明在参考附图的下列详细描述中，其他特征和优点将变得明显，附图中图1是检测设备中连接到光电二极管的跨阻抗放大器电路的方框图，图2是示出串联运算放大器的数量对信噪比的影响的曲线图，其中所采用的运算放大器的数量在横坐标轴上绘出，信噪比改善在纵坐标轴上绘出。具体实施例方式本专利技术关于一种特别用于检测诸如二氧化碳的气体的存在的检测设备。本专利技术的检测设备具有消耗极少能量的特殊特征。该检测设备包括由光电二极管Ph组成的接收器，该光电二极管Ph被设计用来捕获发光信号并且将其转换为电流iph。在图1中，光电二极管被定位在一个方向，但是必须理解，它可被定位在相反的方向。根据本专利技术，该设备也包括跨阻抗放大器电路，其连接到光电二极管Ph的两端并且能够放大光电二极管Ph发射的电流。本专利技术的跨阻抗放大器电路具有包括至少两个并联的运算放大器的特殊特征。在图1中，三个运算放大器A0P1、A0P2、A0P3连接到光电二极管Ph，但是可设想的是连接更多数量的运算放大器。当然，本专利技术必须被理解为就像跨阻抗放大器电路可以包括N个并联的运算放大器，其中N彡2。参考图1，每个运算放大器A0P1、A0P2、A0P3包括正输入端(在图1中指定为+)、负输入端(在图1中指定为-)和输出端S1、S2、S3。运算放大器的负输入端彼此连接且连接到光电二极管Ph的两端之一以便接收光电二极管产生的电流Iph，且运算放大器的正输入端彼此连接，以连接到光电二极管Ph的两端中的另一端以及连接到提供参考电压Vref的电压源。如果所采用的运算放大器不同，则跨阻抗放大器电路优选地包括多个电阻器R1、R2、R3，每个电阻器与单独的运算放大器的输出端S1、S2、S3串联连接。这些电阻器R1、R2、R3能够平衡放大器的输出电流。这些电阻器Rl、R2、R3例如都具有完全相同的值，并且这个值被有利地选择为高于运算放大器的 输出阻抗的最高值。最后，跨阻抗电路也包括与放大器及其串联的电阻器并联连接的增益电阻器Rgain0该增益电阻器Rgain连接到运算放大器的负输入端。如果利用电阻器R1、R2、R3，则增益电阻器Rgain具有比这些电阻器Rl、R2、R3的值更大的值。对于跨阻抗放大器电路的输出端处的噪声的表达式，N个运算放大器的这种并联布置能够将运算放大器的输入电压噪声的贡献减小因子 利用本专利技术的电路，跨阻抗放大器电路的输出端处的噪声以下列方式来表达权利要求1.一种检测设备，包括光电二极管(Ph)，其被设计用来捕获发光信号以便将其转换为电流(Iph)，并且具有第一端和第二端；跨阻抗放大器电路，其连接在光电二极管(Ph)的第一端和第二端之间，并且被设计用来放大来自光电二极管(Ph)的电流(Iph)，其特征在于，该跨阻抗放大器电路包括第一运算放大器(AOPI),具有正输入端、负输入端和输出端(SI)；第二运算放大器(A0P2)，具有与第一运算放大器(AOPl)的正输入端连接的正输入端、 与第一运算放大器的负输入端连接的负输入端以及与第一运算放大器(AOPl)的输出端 (SI)连接的输出端(S2)，与两个运算放大器(A0P1、A0P2)并联连接的公共增益电阻器(Rgain)。2.如权利要求1的设备，其特征在于，它包括与第一运算放大器(AOPl)的输出端(SI) 串联连接的第一电阻器(Rl)以及与第二运算放大器(A0P2)的输出端(S2)串联连接的第二电阻器(R2)。3.如权利要求2的设备，其特征在于，第一电阻器(Rl)和第二电阻器(R2)具有低于增益电阻器(Rgain)的值的值。4.如权利要求2或3的设备，其特征在于，第一电阻器(Rl)和第二电阻器(R2)具有完全相同的值。5.如权利要求4的设备，其特征在于，电阻器的值被选择为大于运算放大器(A0P1、 A0P2、A0P3)的输出阻抗的最高值。全文摘要本专利技术涉及一种检测设备，包括光电二极管(Ph)，其被设计用来捕获发光信号以便将其转换为电流(Iph)，并且具有第一端和第二端；跨阻抗放大器电路，其连接在光电二极管(Ph)的第一端和第二端之间，并且被设计用来放大来自光电二极管(Ph)的电流(Iph)。该跨阻抗放大器电路包括多个并联的运算放大器(AOP1、AOP2、AOP3)以及对于所有连接的放大器公共的增益电阻器(Rgain)。文档编号G01N21/00GK102998257SQ201210本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测设备，包括：光电二极管（Ph），其被设计用来捕获发光信号以便将其转换为电流（Iph），并且具有第一端和第二端；跨阻抗放大器电路，其连接在光电二极管（Ph）的第一端和第二端之间，并且被设计用来放大来自光电二极管（Ph）的电流（Iph），其特征在于，该跨阻抗放大器电路包括：第一运算放大器（AOP1），具有正输入端、负输入端和输出端（S1）；第二运算放大器（AOP2），具有与第一运算放大器（AOP1）的正输入端连接的正输入端、与第一运算放大器的负输入端连接的负输入端以及与第一运算放大器（AOP1）的输出端（S1）连接的输出端（S2），与两个运算放大器（AOP1、AOP2）并联连接的公共增益电阻器（Rgain）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L奇希，H莱西格尔，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：