"掃描二維碼，關(guān)注協(xié)會動態(tài)"
目前，激光外差技術(shù)在激光通信、雷達(dá)、測距、測速、測振等方面有了廣泛的應(yīng)用。在玻璃厚度測量方面，激光外差測量技術(shù)以其具有分辨率高、精度高、線性度好、動態(tài)響應(yīng)快、在線非接觸測量的優(yōu)點，逐漸開始取代傳統(tǒng)的測量方法。在激光外差玻璃厚度測量系統(tǒng)中光外差信號是弱光電信號，其含有大量背景光噪聲和其它多次諧波成份，怎么從中提取光外差信號，光電轉(zhuǎn)換電路就顯得尤為重要，其往往是決定系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。
1 激光外差玻璃測厚系統(tǒng)原理
測量系統(tǒng)中應(yīng)用了激光多普勒效應(yīng)和激光外差測量技術(shù)，系統(tǒng)測量原理如圖1所示。
激光器S發(fā)出的激光，經(jīng)平面鏡K、半透鏡L反射到多普勒振鏡，振鏡振動產(chǎn)生多普勒效應(yīng)使得激光變頻，變頻后的激光由振鏡反射后透過半透鏡L垂直照射于待測玻璃表面。由于激光在不同時刻的頻率不同，所以激光在玻璃前表面反射的光場，與其前一時刻在后表面反射后到達(dá)前表面的光場因頻率不同而發(fā)生混頻，產(chǎn)生差頻信號，由半透鏡L反射后，與從平面鏡K反射后透射過半透鏡L的本振光一起到達(dá)光電轉(zhuǎn)換器，光電二極管將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，該信號包括待測的差頻信號及其它欲抑制信號(激光本振信號、和頻信號和噪聲)，其中本振信號與和頻信號頻率較高，超出光電二極管的頻率響應(yīng)范圍，因此在接收電路中，只需要利用濾波器的帶寬控制在中頻信號范圍內(nèi)，即可檢測到差頻信號。該差頻信號含有玻璃板的厚度信息，差頻信號的頻率為，其頻率與待測玻璃厚度成正比，比例系數(shù)與光源頻率、玻璃板折射率以及振鏡常數(shù)有關(guān)，當(dāng)光源頻率、玻璃板折射率以及振鏡常數(shù)確定，為常數(shù)。根據(jù)頻率差與玻璃厚度的關(guān)系，只要測得差頻信號的頻率，就能計算得到玻璃厚度，光電模塊檢測到光外差信號后，經(jīng)濾波、放大整形后送單片機處理得到玻璃厚度。
從上面系統(tǒng)可知，激光經(jīng)過多次反射、透射衰減嚴(yán)重，待檢測的信號是弱光信號。在此針對光場混頻后的差頻信號來研究該信號的檢測電路。
2 光電檢測電路
2．1 PIN工作模式
PIN型光電二極管與普通二極管的區(qū)別是：普通二極管PN結(jié)薄，而PIN型光電二極管的PN結(jié)厚，從而使空間電荷區(qū)距離加寬，結(jié)電容變小。優(yōu)點是頻帶寬，噪聲低，不足的是管子的輸出電流小，一般只有幾微安。其一般有兩種工作模式：光伏模式和光導(dǎo)模式，圖2是光伏模式，在光伏模式下，PN結(jié)處于零偏，光電二極管線性度非常好；圖3是在光導(dǎo)模式，在光導(dǎo)模式下，PN結(jié)處于反偏，光電二極管頻率特性較好，切換速度快，但線性度差。在激光外差玻璃厚度測量系統(tǒng)中，待檢測信號經(jīng)過反射，透射衰減嚴(yán)重，到光電接收器已十分微弱，噪聲(背景光，光電二極管自身的暗電流等)直接影響到差頻信號的檢測質(zhì)量，因此，在光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計時采用抗噪聲能力強及自身暗電流小的光伏模式。
2．2 檢測電路設(shè)計
在激光玻璃厚度測量系統(tǒng)中，信號通常淹沒在噪聲中，在光電檢測電路設(shè)計時，主要考慮電路的抗干擾能力，其次滿足信號增益前提下，使帶寬為盡量小。基于光伏模式的光電檢測電路有以下幾種變形電路。
第一種光電轉(zhuǎn)換電路如圖4所示，在光伏模式的基礎(chǔ)上，集成運放的同相端串聯(lián)電阻R2來消除集成運放同相，反相不平衡造成的偏壓誤差，使R2=R1。這種電路的不足之處是電阻R2會產(chǎn)生熱噪聲，可在R1給并聯(lián)電容Cs、R2給并聯(lián)電容C2以減小噪聲頻帶，另外偏置電流在R2上產(chǎn)生壓降，滋生PIN管暗電流，此時選用集成運放偏置電流越小越好，一般選pA級的運放。
