四象限光電探測器的方案設計

一、原理

四象限光電探測器實際由四個光電探測器構成，每個探測器一個象限，目標光信號經光學系統后在四象限光電探測器上成像，如圖1。一般將四象限光電探測器置于光學系統焦平面上或稍離開焦平面。當目標成像不在光軸上時，四個象限上探測器輸出的光電信號幅度不相同，比較四個光電信號的幅度大小就可以知道目標成像在哪個象限上(也就知道了目標的方位)，若在四象限光電探測器前面加上光學調制盤，則還可以求出像點偏離四象限光電探測器中心的距離或θ角來。

圖1 目標在四象限光電探測器上成像

圖2方位探測器原理框圖。

信號通過放大和調理后由由A/D轉換器(本系統中采用ADS7864)采樣轉換成數字量送入單片機，由單片機處理后得到目標的方位，并根據實際系統的需要輸出方位控制指令。

二、電路設計

根據實際系統的需要，A/D轉換器用ADS7864，單片機用最常見的89C51。

這里對ADS7864作一介紹。ADS7864是TI公司生產的12bit高性能模數轉換器，片上帶2.5V基準電壓源，可用作ADS7864的參考電壓。每片ADS7864實際由2個轉換速率為500ksps的ADC構成，每個ADC有3個模擬輸入通道，每個通道都有采樣保持器，2個ADC組成3對模擬輸入端，可同時對其中的1～3對輸入信號同時采樣保持，然后逐個轉換。由于6個通道可以同時采樣，很適合用來轉換四象限光電探測器的4路光電信號，剩下2個通道作系統擴展用。

*下面主要介紹電路中的信號采樣轉換和處理部分。

ADS7864前端調理電路

模數轉換器的前端調理電路縮放和平移要采樣的信號，通過調理后的信號適合A/D轉換器的模擬輸入要求。圖3是ADS7864一個輸入通道的前端調理電路，

圖3 ADS7864前端調理電路

ADS7864模擬輸入通道的+IN和-IN的最大電壓輸入范圍為-0.3V～+5.3V(ADS7864 +5V供電)。圖3的電路中使用了2個運放，A1用作跟隨器，用來緩沖ADS7864輸出的2.5V基準電壓源;A2和四個電阻構成了信號調理網絡，適當配置R1～R4電阻可以實現對輸入信號Vi的縮放和平移以適合ADS7864模擬通道的輸入要求。+IN端的輸入電壓表示如下：