專利名稱：位置敏感探測器的數(shù)字式信號處理和檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光電檢測產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，涉及非分割型光電探測器的數(shù)字 式信號處理和檢測裝置。
技術(shù)背景在現(xiàn)有技術(shù)中，位置敏感探測器(以下簡稱PSD)的信號處理方式大多采 用數(shù)字式。數(shù)字處理方法通常是將PSD輸出的模擬信號進行預處理，然后進行 A/D轉(zhuǎn)換，由單片機或計算機模塊進行數(shù)字處理，最后進行顯示。這種方法可 以提高精度，降低成本，通用性強。(參考文獻；CN1384336位置敏感探測器 的數(shù)字式信號處理器)。但對于一些應用，如需要檢測快速抖動的光斑的偏移量， 則要求高速的數(shù)據(jù)處理速度。而單片機在處理速度上遠不能滿足這一要求，同 時不具備與計算機的通信接口，使得處理結(jié)果不能在計算機上直觀的顯示出來。 而采用計算機模塊可以提高處理速度，但大大增加了體積和成本。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，采用數(shù)字信號處理器(以下 簡稱DSP)作為數(shù)字信號處理的核心控制器，既可以提高處理速度，又可以實 現(xiàn)整個處理電路的小型化，可以提供高精度、高速的信號處理能力。同時本實 用新型還具備與計算機通信的USB接口，使得處理結(jié)果可以很方便的在計算機 上顯示出來。為了實現(xiàn)上述目的，實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案如下。如圖1所示，位置敏感探測器的數(shù)字式信號處理和檢測裝置的構(gòu)成有PSD 探測器l、信號預處理模塊2、電源模塊3，還有數(shù)字處理模塊4; PSD探測器 1、信號預處理模塊2和數(shù)字處理模塊4連接，電源模塊3和信號預處理模塊2 以及數(shù)字處理模塊4分別連接；由PSD探測器1感知其光敏面6上的入射光，而后PSD探測器1輸出的 四路電流信號I1、I2、I3和14由信號預處理模塊2轉(zhuǎn)換位電壓信號并濾除噪聲， 由數(shù)字處理模塊4將信號預處理模塊2輸出的四路電壓信號Ul、 U2、 U3和 U4經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10后送入DSP模塊13中進行數(shù)字處理，然后通過鍵盤 模塊ll實現(xiàn)人機對話，顯示模塊12將狀態(tài)、過程參數(shù)和計算結(jié)果等以數(shù)字和 符號的形式顯示出來，USB接口模塊14與DSP模塊13連接，可以通過USB 接口模塊14將DSP模塊13的處理結(jié)果送入計算機中。所述的PSD探測器1由外殼5、光敏面6和電極A、電極B、電極C、電 極D的構(gòu)成。光敏面6為一個正方形的平面，電極A、 B、 C、 D為圓形，它們分別與光 敏面6的四邊的中點連接。外殼5為一個圓柱體，包裹著電極A、 B、 C、 D。 當入射光照射到光敏面6上，電極A、 B、 C、 D產(chǎn)生光電流。這些光電流與入 射光到電極A、 B、 C、 D之間的距離成比例。所述的信號預處理模塊2由低通濾波電路7、初級放大電路8和次級放大 電路9構(gòu)成；低通濾波電路7、初級放大電路8和次級放大電路9順次連接； 所述的信號預處理模塊2由PSD探測器1輸出的四路電流信號II、 12、 13和14 作為輸入信號，其輸出的四路電壓信號U1、 U2、 U3和U4給數(shù)字處理模塊4 的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10;低通濾波電路7對PSD探測器1輸出的四路電流信號II、 12、 13和14進 行濾波，將高頻噪聲濾除。低通濾波電路7采用無源濾波電路，主要是RC低 通濾波電路。初級放大電路8和次級放大電路9對濾波后的信號進行放大，以 使其電壓幅值達到模數(shù)轉(zhuǎn)換10的要求，同時提高信噪比。初級放大電路10是 采用低噪聲、高精度的運算放大器搭建的同相放大電路。次級放大電路11是采 用低功耗的運算放大電路搭建的同相放大電路。所述的數(shù)字處理模塊4的構(gòu)成有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10、鍵盤模塊11、顯示模塊 12，還有DSP模塊13和USB接口模塊14;模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10和DSP模塊13 連接，鍵盤模塊11和顯示模塊12分別與DSP模塊13連接；數(shù)字處理模塊4 由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10接收信號預處理模塊2輸出的四路電壓信號Ul、 U2、 U3 和U4，通過DSP模塊13和USB接口模塊14與計算機連接，使得處理結(jié)果可 以很方便的在計算機上顯示出來。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10是一個采樣頻率為500KHz，可以同時轉(zhuǎn)換4路的12位 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它可以將信號預處理模塊2輸出的四路電壓信號U1、 U2、 U3和 U4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號送入DSP模塊13中。其中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 10的控制信號端Cl和數(shù)據(jù)端Dl與DSP模塊13連接。鍵盤模塊11是一個4x4的矩陣型鍵盤，它可以對DSP模塊13的工作狀態(tài) 進行設(shè)置。它的數(shù)據(jù)端D2與DSP模塊13連接。顯示模塊12是一塊液晶，它可以將DSP模塊13的處理結(jié)果顯示出來。它 的控制信號端C2和數(shù)據(jù)端D3與DSP模塊13連接。USB接口模塊14由DSP模塊13控制，它接收DSP模塊13發(fā)送的串行數(shù) 據(jù)，然后在其內(nèi)轉(zhuǎn)換成USB通信協(xié)議，通過USB總線發(fā)送到計算機中。它的 控制信號端C3和接收數(shù)據(jù)端D4與DSP模塊13連接。DSP模塊13是數(shù)字信號處理器。它控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10，將信號預處理 模塊12輸出的四路電壓信號U1、 U2、 U3和U4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后進行數(shù) 字處理，從而得到處理結(jié)果。并控制顯示模塊12將處理結(jié)果顯示出來。同時還 可以接收鍵盤模塊12的輸入的控制指令，根據(jù)接收到的控制指令設(shè)置工作狀 態(tài)。此外，還可將處理結(jié)果通過USB接口模塊14傳送到計算機中。本實用新型的位置敏感探測器的數(shù)字式信號處理和檢測裝置，將模擬信號 處理數(shù)字化，利用DSP的控制、數(shù)據(jù)存儲和高速的運算能力，使得無需改變硬 件、通過軟件方式就能方便地實現(xiàn)對各種結(jié)構(gòu)PSD信號的處理和顯示。同時也 可應用于更高速的數(shù)據(jù)處理的場合，并可以將數(shù)字處理的數(shù)據(jù)結(jié)果通過USB接 口模塊送入計算機中。

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；此圖也是說明書摘要的附圖。圖2為本實用新型的PSD探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型的信號預處理模塊的框圖。圖4為本實用新型的數(shù)字處理模塊的框圖。
具體實施方式
實施例1參照圖l，本實用新型有PSD探測器1、信號預處理模塊2、電源模塊3， 還有數(shù)字處理模塊4。其中所述的PSD探測器1由外殼5、光敏面6和電極A、 電極B、電極C、電極D的構(gòu)成。信號預處理模塊2有低通濾波電路7、初級 放大電路8和次級放大電路9。數(shù)字處理模塊4包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10、鍵盤模 塊ll、顯示模塊12，還有DSP模塊13和USB接口模塊14。工作時，參考圖2由PSD探測器1感知其光敏面6上的入射光。光敏面6 為3mmx3mm的正方形平面。而后在其電極A、 B、 C和D上產(chǎn)生光電流。這 些光電流與入射光到電極A、 B、 C、 D之間的距離成比例。參照圖3， PSD探 測器1輸出的四路電流信號II、 12、 13和14，經(jīng)過低通濾波電路7、初級放大 電路8和次級放大電路9轉(zhuǎn)換為四路電壓信號U1、 U2、 U3和U4，它們的電 壓幅值在0 2.5V之間。其中低通濾波電路9是一階RC低通濾波電路。初級放 大電路10是采用低噪聲、高精度的OP37A運算放大器搭建的同相放大電路。 次級放大電路11是采用低功耗的LM358運算放大電路搭建的同相放大電路。 參照圖4，將信號預處理模塊2輸出的四路電壓信號U1、 U2、 U3和U4經(jīng)過 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10轉(zhuǎn)換后輸入到DSP模塊13中。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13采用采樣頻 率為500KHz，可以同時轉(zhuǎn)換4路的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS7864，它的分辨率為 610jaV，對應的位置分辨率為0.366拜。其中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10的控制信號端Cl和數(shù)據(jù)端Dl與DSP模塊13連接。DSP模塊13是一塊數(shù)字信號處理器。在本 實例中，采用TI公司的TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器。它可以控制模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊10將信號預處理模塊12輸出的四路電壓信號U1、 U2、 U3和U4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行加減和除法運算，從而得到處理結(jié) 果。并控制顯示模塊12將處理結(jié)果顯示出來。同時還可以接收鍵盤模塊12的 輸入的控制指令，根據(jù)接收到的控制指令設(shè)置工作狀態(tài)。此外，還可將處理結(jié) 果通過USB接口模塊14傳送到計算機中。鍵盤模塊11是一個4x4的矩陣型 鍵盤，它可以對DSP模塊13的工作狀態(tài)進行設(shè)置。它的數(shù)據(jù)端D2與DSP模 塊13連接。顯示模塊12是一塊液晶，它可以將DSP模塊13的處理結(jié)果顯示 出來。它的控制信號端C2和數(shù)據(jù)端D3與DSP模塊13連接。USB接口模塊 14由DSP模塊13控制，它接收DSP模塊13發(fā)送的串行數(shù)據(jù)，然后在其內(nèi)轉(zhuǎn) 換成USB通信協(xié)議，通過USB總線發(fā)送到計算機中。它的控制信號端C3和 接收數(shù)據(jù)端D4與DSP模塊13連接。
權(quán)利要求1. 位置敏感探測器的數(shù)字式信號處理和檢測裝置，其構(gòu)成有PSD探測器(1)、信號預處理模塊(2)、電源模塊(3)，其特征在于，還有數(shù)字處理模塊(4)；PSD探測器(1)、信號預處理模塊(2)和數(shù)字處理模塊(4)連接，電源模塊(3)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(10)、信號預處理模塊(2)以及數(shù)字處理模塊(4)分別連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的位置敏感探測器的數(shù)字式信號處理和檢測裝置，其 特征在于，所述的數(shù)字處理模塊(4)的構(gòu)成有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(10)、鍵盤模塊(II) 、顯示模塊(12)，還有DSP模塊(13)和USB接口模塊(14);模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊(10)和DSP模塊(13)連接，鍵盤模塊(11)和顯示模塊(12)分別 與DSP模塊(13)連接；數(shù)字處理模塊(4)由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(10)接收信號 預處理模塊(2)輸出的四路電壓信號U1、 U2、 U3和U4，通過DSP模塊(13) 和USB接口模塊(14)與計算機連接，使得處理結(jié)果可以很方便的在計算機上 顯示出來。
3、 如權(quán)利要求2所述的位置敏感探測器的數(shù)字式信號處理和檢測裝置，其 特征在于，所述的數(shù)字處理模塊(4)的DSP模塊(13)是數(shù)字信號處理器， 它控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(10)，將信號預處理模塊(2)輸出的四路電壓信號U1、 U2、 U3和U4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并控制顯示模塊(12)將處理結(jié)果顯示出來， 同時接收鍵盤模塊(11)的輸入的控制指令，根據(jù)接收到的控制指令設(shè)置工作 狀態(tài)；USB接 口模塊(14)由DSP模塊(13)控制，它接收DSP模塊(13)發(fā) 送的串行數(shù)據(jù)，然后在其內(nèi)轉(zhuǎn)換成USB通信協(xié)議，通過USB總線發(fā)送到計算 機中，它的控制信號端C3和接收數(shù)據(jù)端D4與DSP模塊(13)連接。
專利摘要本實用新型屬于光電檢測產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，涉及非分割型光電探測器的數(shù)字式信號處理和檢測裝置。其構(gòu)成有PSD探測器(1)、信號預處理模塊(2)、電源模塊(3)，還有數(shù)字處理模塊(4)；PSD探測器(1)、信號預處理模塊(2)和數(shù)字處理模塊(4)連接，電源模塊(3)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(10)、信號預處理模塊(2)以及數(shù)字處理模塊(4)分別連接。將模擬信號處理數(shù)字化，利用DSP的控制、數(shù)據(jù)存儲和高速的運算能力，得無需改變硬件結(jié)構(gòu)、通過修改DSP中的軟件程序就能方便地實現(xiàn)對各種結(jié)構(gòu)PSD信號的處理和顯示。同時也可應用于更高速的數(shù)據(jù)處理的場合，并可以將數(shù)字處理的數(shù)據(jù)結(jié)果通過USB接口模塊送入計算機中。
文檔編號G06T7/00GK201094010SQ20072009401
公開日2008年7月30日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月4日
發(fā)明者佟首峰, 鵬 劉, 劉云清, 磊 周 申請人:長春理工大學