光纤电流传感器(Fiber Optical Current Sensor)以其高绝缘性、抗高电磁噪声、高线性度响应等诸多优点,在高电压强电流的测量领域中得到广泛的重视和研究。
目前研究的光纤电流传感器普遍应用各种物理效应,如Faraday磁光效应或磁致伸缩效应,使光通过传感元件感应后,经光检测放大器进行信号转换放大处理,以便进行传感信号分析。
后续的处理精度多半依赖于检测放大器输出的电信号的精度,因而光检测放大器的电路设计显得尤为重要。对于光纤电流传感器来说,需要检测50Hz的频率信号,在普通的放大电路中,50Hz却常作为工频噪声干扰信号混入,因而加大了OFCS的光电检测难度。本文将介绍一种新型的PIN光探测器(光敏二极管)的光电检测放大器设计方法。依照弱信号检测理论,在电路设计时采取多项措施力图提高信噪比。为了获得良好的带通滤波效果,本文还提出了一种新的双T型选频网络电路的设计方法。从实测的结果来看,这种PIN光检测放大器的设计取得了较为满意的效果。
1 光电检测原理
光电检测电路的转换模式为:光→电流→电压。
在检测电路中主要由光电探测器来完成光→电流的转换。目前使用的光电探测器多为PIN探测器。PIN探测器在低偏压下漏电流低,约在101~10A数量级,响应速度快,约10-7s,响应频宽为10GHz左右。但PIN管的输出电流较小,为微安级,灵敏度较差。光检测放大器须将PIN接收的光信号变成与之成比例的微弱电流信号,再通过运算放大器变换成电压信号。 |