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    网易重庆时时彩杀号: 一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路.pdf

    关 键 词:
    一种 电流 赫兹 热释电 探测器 读出 电路
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410143960.3

    申请日:

    2014.04.11

    公开号:

    CN103913240A

    公开日:

    2014.07.09

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 5/02申请日:20140411|||公开
    IPC分类号: G01J5/02 主分类号: G01J5/02
    申请人: 电子科技大学
    发明人: 黎威志; 樊霖; 李宁亮; 王军; 蒋亚东
    地址: 611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
    优先权:
    专利代理机构: 电子科技大学专利中心 51203 代理人: 李明光
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410143960.3

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.01.11|||2014.08.06|||2014.07.09

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路,属于太赫兹探测与成像领域。该读出电路包括电流-电压转换器、50Hz陷波电路、一阶低通滤波放大电路和电位抬升???。其中,太赫兹热释电探测器输出的信号输入电流-电压转换器,用于将电流信号转换为电压信号;电流-电压转换器输出的信号输入50Hz陷波电路,用于消除工频干扰;50Hz陷波电路输出的信号输入一阶低通滤波放大电路,用于进一步放大信号;一阶低通滤波放大电路输出的信号再输入电位抬升???,用于抬升电压使得电路输出的电压信号与后端数字采集电路所需电压相匹配。该读出电路输出的电压信号纯净,适用于对太赫兹热释电探测器的微弱电流的采集与输出。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路,包括电流-电压转换器(1)、50Hz陷波电路(2)、一阶低通滤波放大电路(3)和电位抬升??椋?),太赫兹热释电探测器输出的信号输入所述电流-电压转换器(1),用于将电流信号转换为电压信号,所述电流-电压转换器输出的信号输入所述50Hz陷波电路(2),用于消除工频干扰,所述50Hz陷波电路输出的信号输入所述一阶低通滤波放大电路(3),用于进一步放大信号,所述一阶低通滤波放大电路输出的信号再输入所述电位抬升??椋?),用于抬升电压;所述电流-电压转换器(1)包括太赫兹热释电探测器信号输出端、运算放大器和反馈电路,太赫兹热释电探测器信号输出端与运算放大器的反相输入端连接,太赫兹热释电探测器的地端与运算放大器正相输入端连接,反馈电路连接在运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端之间,反馈电路由反馈电阻和反馈电容并联。

    2.  根据权利要求1所述的电流型太赫兹热释电探测器读出电路,其特征在于,所述电流-电压转换器(1)中反馈电路与太赫兹热释电探测器输出端的连接处与运算放大器的反相输入端之间串联有限流电阻。

    3.  根据权利要求1所述的电流型太赫兹热释电探测器读出电路,其特征在于,所述一阶低通滤波放大电路(3)中的反馈电阻由固定电阻和滑动变阻器串联而成。

    4.  根据权利要求1所述的电流型太赫兹热释电探测器读出电路,其特征在于,所述电位抬升??椋?)中,与运算放大器正相输入端连接的分压电路中采用滑动变阻器和固定电阻串联。

    5.  根据权利要求1所述的电流型太赫兹热释电探测器读出电路,其特征在于,所述电流-电压转换器(1)中的运算放大器为AD8627运算放大器。

    6.  根据权利要求1所述的电流型太赫兹热释电探测器读出电路,其特征在于,所述50Hz陷波电路(2)以F42N50??槲诵?。

    说明书

    说明书一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路
    技术领域
    本发明属于太赫兹探测与成像领域,具体涉及一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路。
    背景技术
    太赫兹(THz)波是频率在0.1THz到10THz范围内的电磁波,波长大概在30μm到3mm范围,介于微波与红外之间,是电磁波谱中一个很重要的波段。与其他波段电磁波相比,太赫兹辐射具有频带宽、脉宽窄、相干性好以及能量低等独特、优异的性能,这些特点非常适合探测成像,因此在探测器领域受到了人们的广泛关注和重视。相对于其他类型的太赫兹探测器,热释电太赫兹探测器具有小型化、宽光谱探测、低成本、响应快等优势,是目前研究较为广泛的一种THz探测技术。不过与用于红外成像的热释电探测器相比,太赫兹热释电探测器输出信号电流更为微弱,常常为pA量级甚至亚pA量级,因此,外界的干扰噪声极易将有用信号淹没。目前,太赫兹热释电探测器读出电路可以分为两大类,即电压模式和电流模式。其中电压模式借助结型场效应管(JFET)实现电流-电压转换,具有结构简单的特点,但缺点是其电响应时间由热释电晶片等效电容和栅极电阻决定,其一般在1秒数量级,这一方面使得探测器响应较慢,另一方面,1Hz以下的低频干扰(如外界随机振动干扰)难以消除。而电流模式采用CMOS运算放大器实现电流-电压转换,其探测器响应时间仅与反馈阻抗相关,其数量级一般为几十毫秒。此外,电流模式探测器工作频率一般为几十Hz以上甚至到数百Hz(由反馈阻抗决定),因此低频干扰大大降低。
    电流模式读出电路具有响应时间快、低频干扰小的优点,因此受到研究者的极大关注。但是太赫兹热释电探测器输出信号的电流很微弱,读出电路仍需要精心设计。
    发明内容
    本发明研究设计了一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路,以实现消除工频干扰及其他无用信号的干扰,从而输出纯净的信号电压,并且通过含滑动变阻器的电位抬升??榭刂剖涑龅缪沟奶妒?,使得该电路输出的电压信号与后端数字采集电路所需电压相匹配。
    本发明的技术方案如下:
    一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路,包括电流-电压转换器1、50Hz陷波电路2、一阶低通滤波放大电路3和电位抬升???,太赫兹热释电探测器 输出的信号输入电流-电压转换器1,用于将电流信号转换为电压信号,电流-电压转换器输出的电压信号输入50Hz陷波电路2,用于消除工频干扰,50Hz陷波电路输出的信号输入一阶低通滤波放大电路3,用于进一步放大信号,一阶低通滤波放大电路输出的信号再输入电位抬升???,用于抬升电压使得电路输出的电压信号与后端数字采集电路所需电压相匹配。其中,电流-电压转换器1包括太赫兹热释电探测器信号输出端、运算放大器和反馈电路,太赫兹热释电探测器信号输出端与运算放大器的反相输入端连接,太赫兹热释电探测器的地端与运算放大器正相输入端连接,反馈电路连接在运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端之间,反馈电路由反馈电阻和反馈电容并联。
    进一步地,电流-电压转换器中反馈电路与太赫兹热释电探测器输出端的连接处与运算放大器的反相输入端之间还串联有限流电阻。
    进一步地,一阶低通滤波放大电路中,反馈电阻由固定电阻和滑动变阻器串联而成。
    更进一步地,电位抬升??橹?,与运算放大器正相输入端连接的分压电路中采用滑动变阻器和固定电阻串联,以控制电压信号的抬升倍数。
    其中,电流-电压转换器1中的运算放大器为AD8627运算放大器;50Hz陷波电路2以F42N50??槲诵?;一阶低通滤波放大电路3的截止频率为100Hz,满足太赫兹热释电探测器工作频段范围。
    本发明的有益效果为:
    1、本发明提供了一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路,该电路适用于微弱电流信号的读取,并且实现了对信号进行消除工频干扰、滤掉不需要的信号和噪声、放大信号,并且控制输出电压信号的大小以实现输出的电压信号与后端数字采集电路所需电压相匹配。
    2、本发明提供的读出电路中的电流-电压转换器中,反馈电路与太赫兹热释电探测器输出端的连接处与运算放大器的反相输入端之间还串联有限流电阻,可以有效防止因静电或插拔电源引起的瞬间高压放电对运算放大器的破坏作用。
    3、本发明提供的读出电路中的50Hz陷波电路可以有效消除工频信号干扰,同时50Hz陷波电路的正负电源均接有大电容以滤除电源脉动干扰。50Hz陷波电路中采用的F42N50??榫哂懈叩木?、稳定性和更低的噪声。
    4、本发明提供的读出电路中的一阶低通滤波放大电路的反馈电路中,反馈电阻由固定电阻和滑动变阻器串联而成,可以通过调节滑动变阻器实现放大倍数可调。
    5、本发明提供的读出电路中的电位抬升??橹?,与运算放大器正相端连接的分压电路中采用滑动变阻器和固定电阻串联,可以通过调节滑动变阻器来调节 电压的抬升倍数,以输出与后端数字采集电路所需电压相匹配的电压信号。
    6、本发明提供的读出电路中的电流-电压转换器中,运算放大器为AD8627运算放大器,该运算放大器具有极低的偏置电流,最大只有1pA,适用于对太赫兹热释电探测器微弱电流的采集与输出。
    7、本发明提供的读出电路中电流-电压转换器可以实现109V/A的放大倍数。
    附图说明
    图1为本发明提供的电流型太赫兹热释电探测器读出电路的电路结构框图。
    图2为本发明提供的电流型太赫兹热释电探测器读出电路中的电流-电压转换器的电路图。
    图3为本发明提供的电流型太赫兹热释电探测器读出电路中的50Hz陷波电路的电路图。
    图4为本发明提供的电流型太赫兹热释电探测器读出电路中的一阶低通滤波放大电路的电路图。
    图5为本发明提供的电流型太赫兹热释电探测器读出电路中的电位抬升??榈牡缏吠?。
    图中:R1-R8、R10、R11、R13:电阻,R9、R12:滑动变阻器,C2-C5:电容,U1-U3:运算放大器
    具体实施方式
    下面结合附图和实施例对本发明做进一步的介绍。
    一种电流型太赫兹热释电探测器读出电路,如图1所示,包括电流-电压转换器、50Hz陷波电路、一阶低通滤波放大电路和电位抬升???。其中太赫兹热释电探测器输出的信号输入电流-电压转换器,用于将电流信号转换为电压信号;电流-电压转换器输出的信号输入50Hz陷波电路,用于消除工频干扰;50Hz陷波电路输出的信号输入一阶低通滤波放大电路,用于进一步放大信号;一阶低通滤波放大电路输出的信号再输入电位抬升???,用于抬升电压使得电路输出的电压信号与后端数字采集电路所需电压相匹配。
    电流-电压转换器的电路图如图2所示。其中,电流-电压转换器以AD8627运算放大器为核心,太赫兹热释电探测器信号输出端与AD8627运算放大器的反相输入端连接,探测器的地端与AD8627运算放大器正相输入端连接,反馈电阻R1为1GΩ,从而可以获得109V/A的放大倍数,反馈电容C2为10pF,AD8627反相输入端串联接有10kΩ的电阻R2。
    50Hz陷波电路的电路图如图3所示。50Hz陷波电路以F42N50??槲诵?,F42N50??榈恼旱缭捶直鸩⒘?.2μF电容(C3和C4),以滤除电源纹波,使 陷波??楣ぷ鞲榷?;输入端接有180kΩ的电阻R3;RQ端与地接有1kΩ的电阻R4;RG端与输出端之间接有180kΩ的电阻R5,以稳定输出。
    一阶低通滤波放大电路的电路图如图4所示。一阶低通滤波放大电路以LM324普通运算放大器为核心,其反馈电容C5为18nF,反馈电阻由100KΩ的固定电阻R7以及阻值为2MΩ的滑动变阻器R9串联而成,运算放大器正相输入端电阻R8为10kΩ,该电路的放大倍数为10~200倍可调,反相端电阻R6为10kΩ。
    电位抬升??榈牡缏吠既缤?所示。电位抬升??槭紫韧ü桓?00kΩ的固定电阻R11和一个100kΩ的滑动变阻器R12配合,可使得电位抬升至1/2Vcc~Vcc,分压后的电位输入至LM324运算放大器的正相端,反馈电阻R13与反相端电阻R10均为10kΩ,从而使信号与抬升电平构成二倍求和电路,这样可实现在不降低信号幅值前提下,电源噪声对最终输出信号干扰降低到最小。

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