一种标准光源

技术领域

本发明涉及微弱光检测领域，特别涉及一种标准光源。

背景技术

光子技术器是一种微弱光检测仪器，光电倍增管是其中的关键元器件。为了使光电倍增管准确正常的工作，需要提供一种发光强度稳定的标准光源作为光电倍增管的参考标定。

当前技术中存在一些标准光源的设计方案，如专利CN 105246190A和专利CN107343342A公开的标准光源，通常包括输入模块、反馈控制模块、发光二极管和检测模块。但这些标准光源的输出不够稳定，尤其是在微弱光输出时，电路噪声较大，发光二极管不能准确地输出稳定光源。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种标准光源，以便在多种情况下输出稳定准确的光源。其具体方案如下：

一种标准光源，包括第一放大模块、第二放大模块、差分比例运算模块、驱动控制模块、光检测模块、发光二极管与光敏传感器，其中：

所述第一放大模块的差分输入端接收电压设置值，共模输入端连接参考电压源；

所述差分比例运算模块的第一输入端和第二输入端分别连接所述第一放大模块的输入端和所述光检测模块的输出端；

所述驱动控制模块的第一输入端和第二输入端分别连接所述差分比例运算模块的输出端和所述第二放大模块的输出端；

所述驱动控制模块的输出端与所述发光二极管连接，以驱动所述发光二极管；

所述第二放大模块对所述发光二极管进行电流采样；

所述光敏传感器根据所述发光二极管的发光强度相应产生光电信号；

所述光检测模块的反相输入端与所述光敏传感器连接，正相输入端与所述参考电压源连接。

优选的，所述标准光源还包括：

位于所述发光二极管和光电倍增管之间的中性密度滤光片。

优选的，所述光敏传感器与所述发光二极管位于所述中性密度滤光片的同侧。

优选的，所述光检测模块包括TIA电路和电阻可调的第一电阻匹配电路。

所述第二放大模块包括放大器和电阻可调的第二电阻匹配电路。

优选的，所述第一电阻匹配电路包括多个并联的第一电阻开关单元，每个所述第一电阻开关单元包括串联的第一开关和第一电阻；

所述第二电阻匹配电路包括多个并联的第二电阻开关单元，每个所述第二电阻开关单元包括串联的第二开关和第二电阻。

优选的，所述标准光源还包括：

通过计算机接收所述电压设置值的MCU；

输入端与所述MCU的输出端连接、输出端与所述第一放大模块的差分输入端连接的数模转换器。

优选的，所述标准光源还包括：

对所述发光二极管和所述光敏传感器进行电流采样并发送给计算机的状态检测模块。

优选的，所述光敏传感器具体为光敏二极管。

优选的，所述驱动控制模块具体为恒流驱动控制模块。

优选的，所述标准光源还包括设有通光孔的避光外壳，所述第一放大模块、所述第二放大模块、所述差分比例运算模块、所述驱动控制模块、所述光检测模块、所述发光二极管与所述光敏传感器均置于所述避光外壳的内部，所述发光二极管通过所述通光孔照射光电倍增管。

本申请公开了一种标准光源，包括第一放大模块、第二放大模块、差分比例运算模块、驱动控制模块、光检测模块、发光二极管与光敏传感器，其中：所述第一放大模块的差分输入端接收电压设置值，共模输入端连接参考电压源；所述差分比例运算模块的第一输入端和第二输入端分别连接所述第一放大模块的输入端和所述光检测模块的输出端；所述驱动控制模块的第一输入端和第二输入端分别连接所述差分比例运算模块的输出端和所述第二放大模块的输出端；所述驱动控制模块的输出端与所述发光二极管连接，以驱动所述发光二极管；所述第二放大模块对所述发光二极管进行电流采样；所述光敏传感器根据所述发光二极管的发光强度相应产生光电信号；所述光检测模块的反相输入端与所述光敏传感器连接，正相输入端与所述参考电压源连接。本申请中第一放大模块和光检测模块均连接了参考电压源，参考电压源的存在提高了系统静态工作点的电压，使每个点的电压信号幅值均较大，避免各元器件在低电压时噪声较大的现象出现，电路的抗干扰能力提高，尤其是保证了微弱光输出的良好性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种标准光源的结构分布图；

图2为本发明实施例中一种具体的标准光源的结构分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当前技术中存在一些标准光源的设计方案，如专利CN 105246190A和专利CN107343342A公开的标准光源，标准光源的输出不够稳定，尤其是在微弱光输出时，电路噪声较大，发光二极管不能准确地输出稳定光源。

本申请中第一放大模块和光检测模块均连接了参考电压源，参考电压源的存在提高了系统静态工作点的电压，使每个点的电压信号幅值均较大，避免各元器件在低电压时噪声较大的现象出现，电路的抗干扰能力提高，尤其是保证了微弱光输出的良好性能。

本发明实施例公开了一种标准光源，参见图1所示，包括第一放大模块1、第二放大模块2、差分比例运算模块3、驱动控制模块4、光检测模块5、发光二极管LED与光敏传感器6，其中：

第一放大模块1的差分输入端接收电压设置值，共模输入端连接参考电压源REF；

差分比例运算模块3的第一输入端和第二输入端分别连接第一放大模块1的输入端和光检测模块5的输出端；

驱动控制模块4的第一输入端和第二输入端分别连接差分比例运算模块3的输出端和第二放大模块2的输出端；

驱动控制模块4的输出端与发光二极管LED连接，以驱动发光二极管LED；

第二放大模块2对发光二极管LED进行电流采样；

光敏传感器6根据发光二极管LED的发光强度相应产生光电信号；

光检测模块5的反相输入端与光敏传感器6连接，正相输入端与参考电压源REF连接。

可以理解的是，如图1所示，第一放大模块1具体为一个放大器，该放大器标记为U1；同理，第二放大模块2包括一个放大器和相关匹配电路，该放大器标记为U2；差分比例运算模块3包括差分比例运放U3和相关匹配电路；驱动控制模块4用于驱动发光二极管LED，在图中标记为U4，具体可选择恒流驱动控制模块，可提高整个标准光源的响应速度；光检测模块5具体可包括TIA(Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器)电路U5和相关匹配电路，TIA电路U5将电流形式的光电信号转换为电压值；光敏传感器6则用于根据发光二极管LED的发光强度产生相应的电信号，因此具体可选择光敏二极管。

整个标准光源的工作流程包括以下内容：第一放大模块1的差分输入端接收电压设置值，该电压设置值决定了整个标准光源的光强；光检测模块5接收到光敏传感器6产生的光电信号；差分比例运算模块3同时接收第一放大模块1和光检测模块5输出的信号并进行处理；第二放大模块2对发光二极管LED进行电流采样并输出与之相关的电信号；驱动控制模块4同时接收差分比例运算模块3和第二放大模块2的输出信号，并输出驱动发光二极管LED的驱动信号。该过程中包括两个反馈环路，一是光检测模块5到差分比例运算模块3的外环反馈，该反馈以发光二极管LED的光强变化作为反馈依据，能够有效抑制发光二极管LED的光强波动，该光强波动可能由电压波动、温度波动或发光二极管LED器件老化导致，均可通过外环反馈进行抑制，保证发光二极管LED的光强稳定；二是第二放大模块2到驱动控制模块4的内环反馈，该反馈以通过发光二极管LED的电流变化作为反馈依据，保证驱动发光二极管LED的电信号稳定，抑制发光二极管LED的电流波动，进而得到一个与电压设置值对应的稳定的光强。

需要注意的是，通常标准光源被要求微弱光输出时，其电压设置值和光检测模块5输出的电压值均较小，此时必须考虑电路噪声和零点漂移对其稳定性的影响。本实施例中第一放大模块1和光检测模块5均与参考电压源REF连接，参考电压源REF的存在，提高了系统静态工作点电压，保证标准光源在微弱光输出时具有良好性能。例如图1中，当电压设置值为0V，第一放大模块1的实际共模电压为参考电压源REF的一半电压，放大器U1输出电压值与参考电压源REF相同，当电压设置值不为0，其中一路电压增大，另一路减小，其差模电压为电压设置值，放大器U1的输出值为电压设置值与参考电压源REF电压的和；光检测模块5使用TIA电路将光电信号转换为电压值，其正相输入端连接了参考电压源REF，因此光检测模块5的输出电压为转换电压值与参考电压源REF电压的和；当第一放大模块1和光检测模块5的输出端均连接到差分比例运算模块3，差分比例运算模块3输出二者的差值，将参考电压源REF电压值抵消掉。这个过程中每个点的电压信号均有较大幅值，系统的静态工作电压点被提高，电路的抗干扰能力明显提高。

进一步的，考虑到标准光源应用于光电倍增管，光电倍增管在实际应用中要求其可测量范围较宽，通常需要覆盖到10

光检测模块5包括TIA电路和电阻可调的第一电阻匹配电路。

第二放大模块2包括放大器和电阻可调的第二电阻匹配电路。

进一步的，第一电阻匹配电路和第二电阻匹配电路的电阻可调形式，可以是可调电阻单元，也可以是如图1中所示的单刀多掷开关和多个可选电阻相连的形式，还可以是多个并联的电阻开关单元的形式，具体的，第一电阻匹配电路包括多个并联的第一电阻开关单元，每个第一电阻开关单元包括串联的第一开关和第一电阻；第二电阻匹配电路包括多个并联的第二电阻开关单元，每个第二电阻开关单元包括串联的第二开关的第二电阻。

本申请中第一放大模块和光检测模块均连接了参考电压源，参考电压源的存在提高了系统静态工作点的电压，使每个点的电压信号幅值均较大，避免各元器件在低电压时噪声较大的现象出现，电路的抗干扰能力提高，尤其是保证了微弱光输出的良好性能。

本发明实施例公开了一种具体的标准光源，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，参见图2所示，标准光源还包括：

位于发光二极管LED和光电倍增管PMT之间的中性密度滤光片7。

可以理解的是，中性密度滤光片7对光强进行衰减，当照射到光电倍增管PMT的光强不变，具有中性密度滤光片7的标准光源的稳定度和精确度明显更高，例如采用0D2.0的中性密度滤光片，可将发光二极管LED的光强降至原来的1％，此时标准光源内部对发光二极管LED的调节目标是光电倍增管PMT的接受光强的100倍，标准光源内部更容易调节，同时电路信噪比提升，光源波动减小。

进一步的，光敏传感器6与发光二极管LED位于中性密度滤光片7的同侧。

可以理解的是，该设置减小了工艺复杂性，同时使标准光源内部的空间更加紧凑。

进一步，常规情况下标准光源还包括：

通过计算机接收电压设置值的MCU 8；

输入端与MCU 8的输出端连接、输出端与第一放大模块1的差分输入端连接的数模转换器9。

可以理解的是，MCU 8还可通过其他的可编程逻辑模块实现，数模转换器9也可使用可调电位器替代，此处不作限制。此外，为了配合MCU，通常还设有模数转换器ADC。

进一步的，标准光源还可包括：

对发光二极管LED和光敏传感器6进行电流采样并发送给计算机的状态检测模块10。

具体的，状态检测模块10可反映标准光源内部的电流以及电压情况，计算机收到后可判断标准光源的工作状态、并进行性能测试、功能诊断。

进一步的，标准光源还包括设有通光孔的避光外壳，第一放大模块1、第二放大模块2、差分比例运算模块3、驱动控制模块4、光检测模块5、发光二极管LED与光敏传感器6均置于避光外壳的内部，发光二极管LED通过通光孔照射光电倍增管PMT。

可以理解的是，避光外壳能够降低外界环境对光源的干扰，提高标准光源的稳定性。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种标准光源进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。