CN116295986B - 一种光信号处理装置、方法及应力检测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟小信号采集及处理技术领域，本发明公开了一种光信号处理装置、方法及应力检测***。其中，光信号处理装置包括光电位置敏感器、第一级放大处理模块、第二级放大处理模块和控制处理模块，第二级放大处理模块包括串联的至少两个放大处理单元，每个放大处理单元包括至少两个放大倍数不同的放大通道，控制处理模块用于根据光电位置敏感器接收的光信号所转换得到的数字信号切换第二级放大处理模块中放大处理单元的放大通道。本发明实施例提供的光信号处理装置、方法及应力检测***，通过控制处理模块根据数字信号切换第二级放大处理模块中放大处理单元的放大通道，实现对放大倍数的调节，从而可满足不同应用场景的使用需求。

Description

一种光信号处理装置、方法及应力检测***

技术领域

本发明涉及模拟小信号采集及处理技术领域，尤其涉及一种光信号处理装置、方法及应力检测***。

背景技术

现有很多光学检测***中会采用光电位置敏感器（Position SensitiveDetector，PSD）将包含有待测样品信息的光信号转换为电流信号，然后通过处理电路对电流信号进行放大处理和模数转换得到数字信号，再通过上位机将由数字信号处理得到的数字表格、坐标图形或图像等展示形态进行显示，以直观的展示出待测样品的表面形貌或膜厚等信息。

其中，现有对电流信号进行处理的处理电路采用固定增益（放大倍数），并不具备放大倍数调节的功能，从而在不同的应用场景下，可能会出现放大倍数过小或者放大倍数过大的问题，从而导致最终展示形态的展示效果不能达到待测样品信息检测的预期效果。

发明内容

本发明提供了一种光信号处理装置、方法及应力检测***，以实现对放大倍数的调节，从而可满足不同应用场景的使用需求。

根据本发明的一方面，提供了一种光信号处理装置，包括光电位置敏感器、第一级放大处理模块、第二级放大处理模块和控制处理模块；

所述光电位置敏感器用于接收光信号并将所述光信号转换为电流信号；

所述第一级放大处理模块和所述光电位置敏感器电连接，用于将所述电流信号转换为第一电压信号；

所述第二级放大处理模块和所述第一级放大处理模块电连接，用于将所述第一电压信号进行放大得到第二电压信号；

其中，所述第二级放大处理模块包括串联的至少两个放大处理单元，每个所述放大处理单元包括至少两个放大倍数不同的放大通道；

所述控制处理模块和所述第二级放大处理模块电连接，所述控制处理模块用于将所述第二电压信号转换为数字信号，并根据所述数字信号切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道。

可选的，所述放大处理单元包括运算放大器、下拉电阻、继电器单元、驱动单元和至少两个反馈电阻；

所述运算放大器的第一输入端通过所述下拉电阻接地，所述运算放大器的第二输入端作为所述放大处理单元的输入端，所述运算放大器的输出端作为所述放大处理单元的输出端；

所述反馈电阻分别与所述运算放大器的所述第一输入端和所述继电器单元电连接，且不同所述反馈电阻的阻值不同；

所述继电器单元和所述运算放大器的输出端电连接；

所述驱动单元分别与所述继电器单元和所述控制处理模块电连接；

所述控制处理模块还用于通过所述驱动单元驱动所述继电器单元，以使所述继电器单元控制至少两个所述反馈电阻中的一者与所述运算放大器的输出端之间导通。

可选的，至少两个所述反馈电阻包括第一反馈电阻、第二反馈电阻和第三反馈电阻；

所述继电器单元包括第一继电器和第二继电器；

所述驱动单元包括第一驱动芯片和第二驱动芯片；

所述第二反馈电阻和所述第三反馈电阻均与所述第一继电器的输入端电连接；

所述第一反馈电阻和所述第一继电器的输出端均与所述第二继电器的输入端电连接；

所述第二继电器的输出端与所述运算放大器的输出端电连接；

所述第一驱动芯片的输出端与所述第一继电器的控制端电连接，所述第二驱动芯片的输出端与所述第二继电器的控制端电连接；

所述第一驱动芯片的控制端和所述第二驱动芯片的控制端均与所述控制处理模块电连接。

可选的，至少两个所述放大处理单元包括第一放大处理单元和第二放大处理单元；

所述第一放大处理单元的输入端与所述第一级放大处理模块电连接，所述第一放大处理单元的输出端与所述第二放大处理单元的输入端电连接，所述第二放大处理单元的输出端与所述控制处理模块电连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种光信号处理方法，用于第一方面所述的任一光信号处理装置；

所述光信号处理方法包括：

根据所述数字信号确定显示数值；

当所述显示数值小于预设显示数值范围的下限值时，切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道，以提高所述第二级放大处理模块中至少一个所述放大处理单元的放大倍数；

当所述显示数值大于所述预设显示数值范围的上限值时，切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道，以降低所述第二级放大处理模块中至少一个所述放大处理单元的所述放大倍数。

可选的，在根据所述数字信号确定显示数值之前，还包括：

确定所述光电位置敏感器的饱和功率阈值；

根据所述饱和功率阈值确定激光器的最佳发射功率；

控制所述激光器以所述最佳发射功率向所述光电位置敏感器发射光信号。

可选的，确定所述光电位置敏感器的饱和功率阈值，包括：

重复执行N次如下操作：

控制所述激光器以第一预设功率步长向所述光电位置敏感器依次发射多个第一光信号，其中，所述多个第一光信号的发射功率在第一预设功率范围内，且所述多个第一光信号的发射功率随发射时间逐次降低；

获取所述多个第一光信号所转换的多个第一数字信号，并根据所述多个第一数字信号确定所述光电位置敏感器的第一饱和功率参考阈值；

其中，N≥1，且N为正整数；

当N=1时，确定所述第一饱和功率参考阈值为所述饱和功率阈值；

当N＞1时，对N个所述第一饱和功率参考阈值进行平均处理，得到所述饱和功率阈值。

可选的，在控制所述激光器以第一预设功率步长向所述光电位置敏感器依次发射多个第一光信号之前，还包括：

控制所述激光器以第二预设功率步长向所述光电位置敏感器依次发射多个第二光信号，其中，所述多个第二光信号的发射功率在第二预设功率范围内，且所述多个第二光信号的发射功率随发射时间逐次提高；

获取所述多个第二光信号所转换的多个第二数字信号，并根据所述多个第二数字信号确定所述光电位置敏感器的第二饱和功率参考阈值；

根据所述第二饱和功率参考阈值确定所述第一预设功率范围和所述第一预设功率步长，其中，所述第一预设功率范围位于所述第二预设功率范围内，且所述第一预设功率步长小于所述第二预设功率步长。

可选的，根据所述饱和功率阈值确定所述激光器的最佳发射功率，包括：

确定所述饱和功率阈值与预设比例的乘积作为所述最佳发射功率，其中，所述预设比例为A，75%≤A≤85%。

根据本发明的又一方面，提供了一种应力检测***，包括激光器和第一方面所述的任一光信号处理装置；

所述激光器用于发射光信号，所述光信号经待测样品反射至所述光信号处理装置的所述光电位置敏感器上。

本发明实施例提供的光信号处理装置、方法及应力检测***，设置光电位置敏感器将接收的光信号转换为电流信号，第一级放大处理模块将电流信号转换为第一电压信号，第二级放大处理模块将第一电压信号放大得到第二电压信号，控制处理模块将第二电压信号转换为数字信号。其中，设置第二级放大处理模块包括串联的至少两个放大处理单元，每个放大处理单元包括至少两个放大倍数不同的放大通道，通过控制处理模块根据数字信号切换第二级放大处理模块中放大处理单元的放大通道，实现对放大倍数的调节，从而可满足不同应用场景的使用需求。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光信号处理装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种光电位置敏感器的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种采集信号图。

图4为本发明实施例提供的另一种采集信号图。

图5为本发明实施例提供的又一种信号采集显示示意图。

图6为本发明实施例提供的一种第二级放大处理模块的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的一种运算放大器的结构示意图。

图8为本发明实施例提供的一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图。

图9为本发明实施例提供的另一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图。

图10为本发明实施例提供的又一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图。

图11为本发明实施例提供的一种发射功率和电流信号的电流值的关系曲线图。

图12为本发明实施例提供的又一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图。

图13为本发明实施例提供的一种应力检测***的结构示意图。

图14为本发明实施例提供的又一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种光信号处理装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种光电位置敏感器的结构示意图，如图1和图2所示，本发明实施例提供的光信号处理装置包括光电位置敏感器10、第一级放大处理模块11、第二级放大处理模块12和控制处理模块13，光电位置敏感器10用于接收光信号并将光信号转换为电流信号。第一级放大处理模块11和光电位置敏感器10电连接，用于将电流信号转换为第一电压信号V1。第二级放大处理模块12和第一级放大处理模块11电连接，用于将第一电压信号V1放大得到第二电压信号V2。其中，第二级放大处理模块12包括串联的至少两个放大处理单元121，每个放大处理单元121包括至少两个放大倍数不同的放大通道30。控制处理模块13和第二级放大处理模块12电连接，控制处理模块13用于将第二电压信号V2转换为数字信号，并根据数字信号切换第二级放大处理模块12中放大处理单元121的放大通道30。

具体的，如图2所示，光电位置敏感器10由三层构成，最上一层是P层101，下层是N层102，中间***一层较厚的高阻I层103，形成P-I-N结构，此结构具有I层103耗尽区宽、结电容小的特点，光生载流子几乎全部都在I层103耗尽区中产生，没有扩散分量的光电流，因此光电位置敏感器10比普通PN结光电二极管具有更快的响应速度。同时，光电位置敏感器10还具备高灵敏度、高分辨率以及配置电路简单的特点，可以实现对光信号的高精度处理和转化。

继续参考图2，光电位置敏感器10可具有3个引出电极104，设置在N层102上的引出电极104接地。当光电位置敏感器10表面接收到光信号20时，在光信号20形成的光斑位置处产生的比例于光能量的电子-空穴对流过P层电阻，进而分别从设置在P层101上的两个引出电极104输出光电流I1和光电流I2，光电流I1和光电流I2即为后续输入第一级放大处理模块11的电流信号。

继续参考图1，第一级放大处理模块11接收光电位置敏感器10产生的电流信号（光电流I1和光电流I2），并将电流信号（光电流I1和光电流I2）转换为第一电压信号V1。

其中，第一级放大处理模块11可以包括高精密电阻，以通过高精密电阻实现电流信号和电压信号之间的转换，但并不局限于此，本发明实施例对此不做具体限定。

进一步地，第一级放大处理模块11还可起到放大的作用，从而将较弱的电流信号转换为较强的第一电压信号V1，以使第一电压信号V1更易于采集和处理。其中，第一级放大处理模块11的放大倍数可以为固定放大倍数，即第一级放大处理模块11的放大倍数不可调，如此设置有利于降低第一级放大处理模块11的器件成本。

继续参考图1，第二级放大处理模块12接收第一级放大处理模块11输出的第一电压信号V1，并对第一电压信号V1进行放大处理，得到第二电压信号V2，并将第二电压信号V2传输至控制处理模块13。

继续参考图1，示例性的，控制处理模块13可包括模数转换器（Analogue toDigitalconversion，ADC）131和处理器132，模数转换器131用于将第二级放大处理模块12输出的第二电压信号V2转换为数字信号，并将数字信号传输至处理器132，处理器132对数字信号进行处理生成相应的数字表格、坐标图形或图像等展示形态。

其中，如图1所示，可将显示模块14与处理器132进行连接，处理器132可将生成的数字表格、坐标图形或图像等数据发送至显示模块14进行显示，以使用户能够通过所显示的数字表格、坐标图形或图像直观的获取光信号的位置或强度等信息。当光信号处理装置用于样品检测***时，可进一步根据光信号的位置或强度等信息获取待检测样品的检测信息。

图3为本发明实施例提供的一种采集信号图，图4为本发明实施例提供的另一种采集信号图，图3和图4可以为处理器132对数字信号进行处理所生成的图像。其中，图3和图4中的横坐标表示光电位置敏感器10接收到的光信号的编号，图3和图4中的纵坐标表示电压值，图中各点表示各个编号的光信号转换的数字信号所表征的电压值。

可以理解的是，光电位置敏感器10接收到的光信号的强度越大，则该光信号所转换的第二电压信号V2的电压值越大，第二电压信号V2转换得到的数字信号所表征的电压值就越大，因此，可以通过图中各个编号的光信号的电压值获取对应的光信号的强度信息。

如图3和图4所示，纵坐标的显示数值范围为0V至10V，在同一光信号检测应用场景下，若光信号处理装置的放大倍数过小，可能导致最终显示的电压值过小，例如，如图3所示，显示的电压值只有1V左右，则在光信号检测过程中，显示的电压值的波动幅度较小，难以根据显示的电压值精确的获取对应的光信号的强度信息。而若光信号处理装置的放大倍数过大，则可能导致最终显示的电压值过大，例如，如图4所示，显示的电压值接近甚至超过10V，则在光信号检测过程中，电压值容易超出纵坐标的显示数值范围，从而造成数据丢失。

基于上述技术问题，继续参考图1，在本实施例中，第二级放大处理模块12包括串联的至少两个放大处理单元121，任意一个放大处理单元121中均具有至少两个放大通道30，且同一放大处理单元121中的不同放大通道30的放大倍数不同，则第一电压信号V1经过不同的放大通道30，可以获得不同的放大倍数。

针对上述任意一个放大处理单元121，控制处理模块13可以选择其中的一个放大通道30对第一电压信号V1进行放大，从而得到相应的放大倍数。

进一步地，第二级放大处理模块12中至少两个放大处理单元121串联连接，每一个放大处理单元121均可对第一电压信号V1进行一级放大，因此，第二级放大处理模块12中的至少两个放大处理单元121可以对第一电压信号V1实现至少两级放大，从而可实现较大范围的放大倍数调节，满足各种不同应用场景的使用需求。其中，最终第二级放大处理模块12对第一电压信号V1进行放大的放大倍数为第二级放大处理模块12中所有放大处理单元121的放大倍数的乘积。

示例性的，如图1所示，以第二级放大处理模块12包括两个串联的放大处理单元121，每个放大处理单元121包括3个放大通道30为例进行说明，沿第一电压信号V1的传输方向，第一个放大处理单元121中的3个放大通道30的放大倍数分别为K11=10倍、K12=5倍和K13=2倍，控制处理模块13可以选择第一个放大处理单元121中的一个放大通道30对第一电压信号V1进行放大，从而得到相应的放大倍数；第二个放大处理单元121中的3个放大通道30的放大倍数分别为K21=3倍、K22=2倍和K23=1.5倍，控制处理模块13可以选择第二个放大处理单元121中的一个放大通道30对第一电压信号V1进行放大，从而得到相应的放大倍数。例如，控制处理模块13选择第一个放大处理单元121里中间放大倍数的放大通道30，以得到5倍的放大倍数，控制处理模块13选择第二个放大处理单元121里中间放大倍数的放大通道30，以得到2倍的放大倍数，则最终第二级放大处理模块12对第一电压信号V1进行放大的放大倍数K为K12*K22=5*2=10倍。

可选的，控制处理模块13可以根据数字信号处理后得到的展示形态是否符合预期效果来判断当前第二级放大处理模块12的放大倍数是否合适。

示例性的，图5为本发明实施例提供的又一种信号采集显示示意图，如图5所示，以展示形态为采集信号图为例进行说明，图5中的横坐标表示光电位置敏感器10接收到的光信号的编号，图5中的纵坐标表示电压值。其中，纵坐标的显示数值范围为0V至10V，若预期效果是使显示的电压值在5V左右，则在显示的电压值过小时（如图3所示），说明当前第二级放大处理模块12的放大倍数过小，此时，控制处理模块13切换第二级放大处理模块12中至少一个放大处理单元121的放大通道30，以选择具有更大放大倍数的放大处理单元121对第一电压信号V1进行放大，从而提高最终数字信号处理所生成的采集信号图中的电压值，使采集信号图中所显示的电压值接近5V。而若显示的电压值过大（如图4所示），则说明当前第二级放大处理模块12的放大倍数过大，此时，控制处理模块13切换第二级放大处理模块12中至少一个放大处理单元121的放大通道30，以选择具有更小放大倍数的放大处理单元121对第一电压信号V1进行放大，从而降低最终数字信号处理所生成的采集信号图中的电压值，使采集信号图中所显示的电压值接近5V。如此设置，在不同的应用场景中，或者在应对不同展示预期效果的需求时，均可通过控制处理模块13切换第二级放大处理模块12中放大处理单元121的放大通道30，以获取合适的放大倍数，进而达到最终展示形态的预期效果。

需要说明的是，根据数字信号所生成的展示形态并不局限于上述采集信号图，还可以是数字表格、其他图形或图像等展示形态。对展示形态的预期效果也并不局限于上述使光信号显示的电压值位于纵坐标的中间区域，在其他实施例中，可根据实际需求确定展示形态以及所要达到的预期效果。

此外，继续参考图1，光电位置敏感器10所接收的光信号可以为激光器51所发射的光信号，控制处理模块13可以与激光器51电连接，以控制激光器51以合适的发射功率向光电位置敏感器10发射光信号。

综上所述，本发明实施例提供的光信号处理装置，设置光电位置敏感器将接收的光信号转换为电流信号，第一级放大处理模块将电流信号转换为第一电压信号，第二级放大处理模块将第一电压信号放大得到第二电压信号，控制处理模块将第二电压信号转换为数字信号。其中，设置第二级放大处理模块包括串联的至少两个放大处理单元，每个放大处理单元包括至少两个放大倍数不同的放大通道，通过控制处理模块根据数字信号切换第二级放大处理模块中放大处理单元的放大通道，实现对放大倍数的调节，从而可满足不同应用场景的使用需求。

图6为本发明实施例提供的一种第二级放大处理模块的结构示意图，如图6所示，可选的，放大处理单元121包括运算放大器40、下拉电阻41、继电器单元42、驱动单元43和至少两个反馈电阻44。运算放大器40的第一输入端401通过下拉电阻41接地，运算放大器40的第二输入端402作为放大处理单元121的输入端1211，运算放大器40的输出端403作为放大处理单元121的输出端1212。反馈电阻44分别与运算放大器40的第一输入端401和继电器单元42电连接，且不同反馈电阻44的阻值不同。继电器单元42和运算放大器40的输出端403电连接，驱动单元43分别与继电器单元42和控制处理模块13电连接，控制处理模块13用于通过驱动单元43驱动继电器单元42，以使继电器单元42控制至少两个反馈电阻44中的一者与运算放大器40的输出端403之间导通。

其中，图7为本发明实施例提供的一种运算放大器的结构示意图，如图7所示，运算放大器40的第一输入端401可以为运算放大器40的反向输入端，运算放大器40的第二输入端402可以为运算放大器40的同向输入端，下拉电阻41的一端与第一输入端401电连接，下拉电阻41的另一端接地GND，反馈电阻44的一端与第一输入端401电连接，反馈电阻44的另一端与运算放大器40的输出端403电连接。将电压信号经第二输入端402输入运算放大器40，运算放大器40对电压信号进行放大，并将放大后的电压信号经输出端403输出，其中，电压信号的放大倍数取决于下拉电阻41和反馈电阻44的阻值，例如，下拉电阻41的阻值为R1，反馈电阻44的阻值为Rf，则放大倍数K0=（Rf+R1）/R1。

基于上述放大原理，继续参考图6，设置下拉电阻41为具有固定阻值的电阻，同时设置至少两个阻值不同的反馈电阻44，每个反馈电阻44的一端均与运算放大器40的第一输入端401电连接，每个反馈电阻44的另一端均通过继电器单元42与运算放大器40的输出端403电连接。继电器单元42用于控制至少两个反馈电阻44中的一个反馈电阻44与运算放大器40的输出端403之间导通，除该反馈电阻44之外的其他反馈电阻44与运算放大器40的输出端403之间断开，则放大处理单元121的放大倍数取决于与运算放大器40的输出端403之间导通的反馈电阻44的阻值，每个反馈电阻44即可作为一个放大通道30，通过继电器单元42切换不同的反馈电阻44与运算放大器40的输出端403之间导通，即可实现切换不同的放大通道30，进而可以实现不同放大系数的切换。

继续参考图6，驱动单元43和继电器单元42电连接，驱动单元43用于驱动继电器单元42。控制处理模块13和驱动单元43电连接，控制处理模块13可向驱动单元43发送控制指令，以使驱动单元43驱动继电器单元42切换具有合适阻值的反馈电阻44与运算放大器40的输出端403之间导通，即切换合适的放大通道30，以获得合适的放大系数。

需要说明的是，如图6所示，运算放大器40可采用超精密运算放大器芯片OP177，其中，运算放大器芯片OP177具有高精度、微功耗的特点，且该型号运算放大器芯片的温漂极小，具有很高的稳定性，对频率特性要求不高。在其他实施例中，运算放大器40也可采用其他型号的放大器，本发明实施例对此不做具体限定。

继续参考图6，在运算放大器40为运算放大器芯片OP177时，可对运算放大器芯片OP177接入+12V和-12V的电源，但电源电压并不局限于此。

继续参考图6，可选的，运算放大器40的第二输入端402和输入端1211之间串联连接第一电阻45，第一电阻45和第二输入端402之间通过第二电阻46接地GND，可保证运算放大器40的稳定工作。其中，第一电阻45的阻值可以为10K，第二电阻46的阻值可以为100K，但并不局限于此。

继续参考图6，可选的，运算放大器40的输出端403和第一输入端401之间串联第一电容47，可保证运算放大器40的稳定工作。其中，第一电容47的电容值可以为47nF，但并不局限于此。

继续参考图6，可选的，至少两个反馈电阻44包括第一反馈电阻441、第二反馈电阻442和第三反馈电阻443。继电器单元42包括第一继电器421和第二继电器422，驱动单元43包括第一驱动芯片431和第二驱动芯片432。第二反馈电阻442和第三反馈电阻443均与第一继电器421的输入端电连接，第一反馈电阻441和第一继电器421的输出端均与第二继电器422的输入端电连接，第二继电器422的输出端与运算放大器40的输出端403电连接，第一驱动芯片431的输出端与第一继电器421的控制端电连接，第二驱动芯片432的输出端与第二继电器422的控制端电连接，第一驱动芯片431的控制端和第二驱动芯片432的控制端均与控制处理模块13电连接。

具体的，如图6所示，一个放大处理单元121可包括3个阻值的反馈电阻44，分别为第一反馈电阻441、第二反馈电阻442和第三反馈电阻443，从而使得一个放大处理单元121包括3个具有不同放大倍数的放大通道30，如此设置可以在保证放大倍数调整范围和调整数量能够满足不同应用场景需求的同时，使放大处理单元121的电路结构不会太过复杂，保证光信号处理装置具有较低的成本。

在其他实施例中，每个放大处理单元121中反馈电阻44的数量也可根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不做具体限定。

继续参考图6，第二反馈电阻442和第三反馈电阻443均与第一继电器421的输入端电连接，第一继电器421用于控制第二反馈电阻442和第三反馈电阻443中的一者与第一继电器421的输出端之间导通，另一者与第一继电器421的输出端之间断开。第一反馈电阻441和第一继电器421的输出端均与第二继电器422的输入端电连接，且第二继电器422的输出端与运算放大器40的输出端403电连接，使得第二继电器422可以控制第一反馈电阻441和第一继电器421的输出端中的一者与运算放大器40的输出端403之间导通，另一者与运算放大器40的输出端403之间断开。

如此设置，当需要选择第一反馈电阻441所在的放大通道30时，第二继电器422控制第一反馈电阻441和运算放大器40的输出端403之间导通；当需要选择第二反馈电阻442所在的放大通道30时，第一继电器421用于控制第二反馈电阻442和第一继电器421的输出端之间导通，第二继电器422控制第一继电器421的输出端和运算放大器40的输出端403之间导通；当需要选择第三反馈电阻443所在的放大通道30时，第一继电器421用于控制第三反馈电阻443和第一继电器421的输出端之间导通，第二继电器422控制第一继电器421的输出端和运算放大器40的输出端403之间导通。如此，通过第一继电器421和第二继电器422可实现对第一反馈电阻441、第二反馈电阻442或第三反馈电阻443所在的放大通道30的切换。

继续参考图6，每个继电器均需连接一个驱动芯片进行驱动。其中，第一继电器421的控制端通过第一驱动芯片431与控制处理模块13电连接，以使控制处理模块13可通过第一驱动芯片431驱动第一继电器421工作；第二继电器422的控制端通过第二驱动芯片432与控制处理模块13电连接，以使控制处理模块13可通过第二驱动芯片432驱动第二继电器422工作；进而通过控制第一继电器421和第二继电器422实现不同放大通道30的切换，实现一级放大处理单元121能够切换不同的放大系数。

继续参考图6，可选的，第一继电器421和第二继电器422采用G6KU-2P-Y-DC5型号的继电器，其中，G6KU-2P-Y-DC5型号的继电器可实现高密度封装，并具有高灵敏度和低功耗的特点。

在本实施例中，如图6所示，第一继电器421包括引脚1-8，其中，引脚2、4、7、5为第一继电器421的输入端，引脚2、6为第一继电器421的输出端，引脚1、8为第一继电器421的控制端。第一继电器421的工作原理可以为：当向引脚1施加高电平，向引脚8施加低电平时，引脚2和引脚3之间导通，引脚7和引脚6之间导通；当向引脚1施加低电平，向引脚8施加高电平时，引脚4和引脚3之间导通，引脚5和引脚6之间导通。可以理解的是，第二继电器422采用G6KU-2P-Y-DC5型号的继电器时，也具备上述结构和工作原理。

基于上述继电器原理，可设置第二反馈电阻442和第三反馈电阻443分别连接第一继电器421的引脚7和引脚5，或者第二反馈电阻442和第三反馈电阻443分别连接第一继电器421的引脚2和引脚4；第一反馈电阻441和第一继电器421的输出端分别连接第二继电器422的引脚2和引脚4，或者，第一反馈电阻441和第一继电器421的输出端分别连接第二继电器422的引脚7和引脚5，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。

需要说明的是，在其他实施例中，第一继电器421和第二继电器422也可采用其他型号的继电器，本发明实施例对此不做具体限定。

继续参考图6，可选的，第一驱动芯片431和第二驱动芯片432采用MX608E型号的驱动芯片，其中，MX608E型号的驱动芯片具有较小的输入电流，并具备过热保护功能。

在本实施例中，如图6所示，第一驱动芯片431包括8个引脚，其中，引脚OUTA和OUTB作为第一驱动芯片431的输出端，引脚INA和引脚INB作为第一驱动芯片431的控制端，引脚GND为接地端，引脚VCC为逻辑控制电源端，引脚VDD为功率电源端，引脚VCC和引脚VDD可接入5V的电源，但电源电压并不局限于此。

第一驱动芯片431的工作原理可以为：当向引脚INA施加高电平，向引脚INB施加低电平时，引脚OUTA输出高电平，引脚OUTB输出低电平；当向引脚INA施加低电平，向引脚INB施加高电平时，引脚OUTA输出低电平，引脚OUTB输出高电平。可以理解的是，第二驱动芯片432采用MX608E型号的驱动芯片时，也具备上述结构和工作原理。

继续参考图6，基于上述驱动芯片原理，可设置第一继电器421的引脚8和引脚1分别连接第一驱动芯片431的引脚OUTA和引脚OUTB，第二继电器422的引脚8和引脚1分别连接第二驱动芯片432的引脚OUTA和引脚OUTB，第一驱动芯片431和第二驱动芯片432的引脚INA和引脚INB均与控制处理模块13电连接，以实现控制处理模块13分别通过第一驱动芯片431和第二驱动芯片432驱动第一继电器421和第二继电器422，使得第一继电器421和第二继电器422切换不同的放大通道30。

继续参考图6，可选的，第一驱动芯片431和第二驱动芯片432中至少一者的引脚VCC通过第二电容48接地GND，以使第二电容48起到滤波的作用。其中，第二电容48的电容值可以为10nF，但并不局限于此。

需要说明的是，在其他实施例中，第一驱动芯片431和第二驱动芯片432也可采用其他型号的驱动芯片，本发明实施例对此不做具体限定。

继续参考图1和图6，可选的，至少两个放大处理单元121包括第一放大处理单元121A和第二放大处理单元121B。第一放大处理单元121A的输入端1211与第一级放大处理模块11电连接，第一放大处理单元121A的输出端1212与第二放大处理单元121B的输入端1211电连接，第二放大处理单元121B的输出端1212与控制处理模块13电连接。

其中，第一级放大处理模块11输出的第一电压信号V1经第一放大处理单元121A的输入端1211输入第一放大处理单元121A，第一电压信号V1经第一放大处理单元121A进行第一级放大之后由第一放大处理单元121A的输出端1212输出，再经第二放大处理单元121B的输入端1211输入第二放大处理单元121B，然后经第一放大处理单元121A进行第二级放大之后形成第二电压信号V2，第二电压信号V2由第二放大处理单元121B的输出端1212输出至控制处理模块13。

在本实施例中，通过设置第二级放大处理模块12包括两个放大处理单元121，对第一电压信号V1进行两级放大得到第二电压信号V2，可以在保证放大倍数调整范围和调整数量能够满足不同应用场景需求的同时，使第二级放大处理模块12的电路结构不会太过复杂，保证光信号处理装置具有较低的成本。

在其他实施例中，第二级放大处理模块12中放大处理单元121的数量也可根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不做具体限定。

示例性的，如图6所示，以第一放大处理单元121A中下拉电阻41的阻值为10K，第一反馈电阻441的阻值为90K，第二反馈电阻442的阻值为40K，第三反馈电阻443的阻值为10K；第二放大处理单元121B中下拉电阻41的阻值为10K，第一反馈电阻441的阻值为20K，第二反馈电阻442的阻值为10K，第三反馈电阻443的阻值为5K为例进行说明。

根据上述放大倍数K0的公式：K0=（Rf+R1）/R1，可以得到第一放大处理单元121A中第一反馈电阻441所在放大通道30的放大倍数K11=10，第二反馈电阻442所在放大通道30的放大倍数K12=5，第三反馈电阻443所在放大通道30的放大倍数K13=2；第二放大处理单元121B中第一反馈电阻441所在放大通道30的放大倍数K21=3，第二反馈电阻442所在放大通道30的放大倍数K22=2，第三反馈电阻443所在放大通道30的放大倍数K23=1.5。则第一放大处理单元121A和第二放大处理单元121B对第一电压信号V1进行两级放大后，可以在3至30倍内进行不同放大倍数的信号放大。

示例性的，如图6所示，以第一放大处理单元121A为例进行说明，当需要选择90K的第一反馈电阻441所在放大通道30（K11=10）时，控制处理模块13通过第二驱动芯片432驱动第二继电器422导通引脚2和引脚3，如此第一反馈电阻441与运算放大器40的输出端403之间导通，第二反馈电阻442和第三反馈电阻443开路，实现第一放大处理单元121A对第一电压信号V1的放大倍数K1=10。

当需要选择40K的第二反馈电阻442所在放大通道30（K12=5）时，控制处理模块13通过第二驱动芯片432驱动第二继电器422导通引脚3和引脚4，通过第一驱动芯片431驱动第一继电器421导通引脚6和引脚7，如此第二反馈电阻442与运算放大器40的输出端403之间导通，第一反馈电阻441和第三反馈电阻443开路，实现第一放大处理单元121A对第一电压信号V1的放大倍数K1=5。

当需要选择10K的第三反馈电阻443所在放大通道30（K13=2）时，控制处理模块13通过第二驱动芯片432驱动第二继电器422导通引脚3和引脚4，通过第一驱动芯片431驱动第一继电器421导通引脚5和引脚6，如此第三反馈电阻443与运算放大器40的输出端403之间导通，第一反馈电阻441和第二反馈电阻442开路，实现第一放大处理单元121A对第一电压信号V1的放大倍数K1=2。

第二放大处理单元121B的放大倍数K2的切换原理与第一放大处理单元121A的放大倍数K1的切换原理相同，此处不再赘述。

需要说明的是，第一放大处理单元121A和第二放大处理单元121B中各个反馈电阻44（第一反馈电阻441、第二反馈电阻442和第三反馈电阻443）的阻值可根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不做具体限定。

进一步地，第二级放大处理模块12默认选择的放大通道30可以为上述放大倍数为K12和K22的放大通道30，即第二级放大处理模块12的默认放大倍数为10倍。根据上述第一放大处理单元121A和第二放大处理单元121B中各个反馈电阻44（第一反馈电阻441、第二反馈电阻442和第三反馈电阻443）阻值的组合，第二级放大处理模块12可以分别实现3、4、6、7.5、10、15、20和30倍的放大倍数。

当控制处理模块13根据第二电压信号V2转换的数字信号判断第二级放大处理模块12的放大倍数过大时，可优先将第二级放大处理模块12的放大倍数由10倍调整到7.5倍，即切换至放大倍数为K12和K21的放大通道30，若放大倍数依旧偏大，则依次调整至6倍（切换至放大倍数为K11和K23的放大通道30）、4倍（切换至放大倍数为K11和K12的放大通道30），直到切换至合适的放大倍数。

反之，当控制处理模块13根据第二电压信号V2转换的数字信号判断第二级放大处理模块12的放大倍数不足时，可将第二级放大处理模块12的放大倍数依次调整至15倍（切换至放大倍数为K12和K23的放大通道30）、20倍（切换至放大倍数为K13和K22的放大通道30），直到切换至合适的放大倍数。

其中，第二级放大处理模块12默认选择的放大通道30，即第二级放大处理模块12的默认放大倍数可以如上述实施例选择处于放大倍数调整范围中间的放大倍数，但并不局限于此，本发明实施例对此不做具体限定。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种光信号处理方法，用于上述实施例提供的任一光信号处理装置，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

该方法可以由光信号处理单元来执行，该光信号处理单元可以采用硬件和/或软件的形式实现，该光信号处理单元可配置于光信号处理装置的控制处理模块中。

图8为本发明实施例提供的一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图，如图8所示，该方法包括：

S11、根据数字信号确定显示数值。

其中，数字信号是指光信号处理装置的光电位置敏感器接收到的光信号依次经光电位置敏感器转换为电流信号，第一级放大处理模块转换为第一电压信号，第二级放大处理模块放大为第二电压信号，控制处理模块进行模数转换所得到的数字信号。

显示数值是指控制处理模块对获取的数字信号进行处理后，生成的展示形态（数字表格、坐标图形或图像等）中所进行显示的数值。

示例性的，如图3-图5所示，以展示形态为采集信号图为例进行说明，在图3-图5中，显示数值即为数字信号所表征的电压值。

在本实施例中，控制处理模块可对数字信号进行处理，生成展示形态（数字表格、坐标图形或图像等），并将数字信号所表征的显示数值在展示形态中进行显示。

S12、当显示数值小于预设显示数值范围的下限值时，切换第二级放大处理模块中放大处理单元的放大通道，以提高第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数。

其中，预设显示数值范围为所预期得到具有最佳展示效果的显示数值范围。

如图5所示，以展示形态为采集信号图为例进行说明，所预期得到的最佳展示效果为显示数值（即图中光信号的电压值）处于纵坐标数值范围的中间区域（即显示数值为5V左右），此时，可设置预设显示数值范围为纵坐标数值范围的40％至60％，即预设显示数值范围为4V至6V，预设显示数值范围的下限值即为4V。

如图3所示，在显示数值（如图中光信号的电压值）小于预设显示数值范围的下限值（如4V）时，控制处理模块可提高第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数，以提高第二级放大处理模块对第一电压信号的放大倍数，进而使得显示数值（如图中光信号的电压值）位于预设显示数值范围内。

进一步地，第二级放大处理模块可以预设有多个不同的放大倍数，在控制处理模块提高第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数时，可由小到大依次切换预设的放大倍数，直到显示数值位于预设显示数值范围内。

例如，如上述实施例所述，第二级放大处理模块预设的放大倍数可以分别为3、4、6、7.5、10、15、20和30倍，第二级放大处理模块在初始状态下所默认的放大倍数为10倍。

当显示数值小于预设显示数值范围的下限值时，控制处理模块可提高第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数，以使第二级放大处理模块的放大倍数切换至15倍，若显示数值依旧小于预设显示数值范围的下限值，控制处理模块继续提高第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数，以使第二级放大处理模块的放大倍数切换至20倍，依次类推，直到显示数值位于预设显示数值范围内。

S13、当显示数值大于预设显示数值范围的上限值时，切换第二级放大处理模块中放大处理单元的放大通道，以降低第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数。

示例性的，如图5所示，以展示形态为采集信号图为例进行说明，可设置预设显示数值范围为纵坐标数值范围的40％至60％，即预设显示数值范围为4V至6V，此时，预设显示数值范围的上限值为6V。

如图4所示，在显示数值（如图中光信号的电压值）大于预设显示数值范围的上限值（如6V）时，控制处理模块可降低第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数，以降低第二级放大处理模块对第一电压信号的放大倍数，进而使得显示数值（如图中光信号的电压值）位于预设显示数值范围内。

进一步地，第二级放大处理模块可以预设有多个不同的放大倍数，在控制处理模块降低第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数时，可由大到小依次切换预设的放大倍数，直到显示数值位于预设显示数值范围内。

例如，如上述实施例所述，第二级放大处理模块预设的放大倍数可以分别为3、4、6、7.5、10、15、20和30倍，第二级放大处理模块在初始状态下所默认的放大倍数为10倍。

当显示数值大于预设显示数值范围的上限值时，控制处理模块可降低第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数，以使第二级放大处理模块的放大倍数切换至7.5倍，若显示数值依旧大于预设显示数值范围的上限值，控制处理模块继续降低第二级放大处理模块中至少一个放大处理单元的放大倍数，以使第二级放大处理模块的放大倍数切换至6倍，依次类推，直到显示数值位于预设显示数值范围内。

需要说明的是，预设显示数值范围可以根据所预期得到的最佳展示效果进行设定，本发明实施例对此不做具体限定。

此外，第二级放大处理模块预设的放大倍数，以及第二级放大处理模块在初始状态下所默认的放大倍数可根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不做具体限定。

图9为本发明实施例提供的另一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图，如图9所示，可选的，在根据数字信号确定显示数值之前，还包括：

S101、确定光电位置敏感器的饱和功率阈值。

其中，光电位置敏感器所接收到的光信号的发射功率越大，则光电位置敏感器基于该光信号所转换的电流信号的电流值就越大，即光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值随着光信号的发射功率的提高而增大，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间呈线性关系，从而可根据电流信号的电流值大小获取接收到的光信号的发射功率大小。

可选的，当光信号处理装置用于样品检测***时，可通过激光器以一定发射功率向待检测样品发射光信号，然后由光信号处理装置的光电位置敏感器接收经待检测样品透射或反射的光信号，并将接收到的光信号转换为电流信号，由上所述，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间呈线性关系，通过电流信号的电流值大小可以获取接收到的光信号的发射功率大小，进而可根据光信号的发射功率等信息获取待检测样品的检测信息。

而光电位置敏感器具有线性功率区间，当光信号的发射功率在其线性功率区间内时，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间才会呈线性关系。当激光器的发射功率过大时，光电位置敏感器接收的光信号的发射功率会超出线性功率区间，此时光电位置敏感器会达到饱和状态，此后，若光电位置敏感器接收的光信号的发射功率继续提升，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值不会继续增大，即光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间不再呈线性关系，此时，在光信号处理装置用于样品检测***时，会导致最终获取的检测信息不再准确。

在本实施例中，在光信号处理装置用于样品检测***进行样品检测之前，先确定光电位置敏感器的饱和功率阈值，饱和功率阈值是指光电位置敏感器的线性功率区间的上限值，即当光信号的发射功率小于或等于饱和功率阈值时，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间呈线性关系；当光信号的发射功率大于饱和功率阈值时，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间不再呈线性关系。

S102、根据饱和功率阈值确定激光器的最佳发射功率。

其中，激光器用于向光信号处理装置的光电位置敏感器发射光信号，即在光信号处理装置的不同应用场景中，光信号处理装置的光电位置敏感器接收由激光器所发射的光信号。其中，在不同的应用场景中，光电位置敏感器接收的光信号可以为激光器直接向光电位置敏感器发射的光信号，光电位置敏感器接收的光信号也可以为激光器发射的光信号再经待测样品或其他结构透射或反射后所形成的光信号。

在确定了光电位置敏感器的饱和功率阈值之后，可根据饱和功率阈值确定激光器的最佳发射功率，其中，最佳发射功率是指在光信号处理装置应用于样品检测时，激光器向光电位置敏感器发射光信号的发射功率。

可选的，可将饱和功率阈值作为激光器的最佳发射功率的上限值，即激光器的最佳发射功率不超过饱和功率阈值，以使光电位置敏感器工作于线性功率区间内，避免光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间失去线性关系而导致最终获取的检测信息不再准确。

可选的，根据饱和功率阈值确定激光器的最佳发射功率，包括：

确定饱和功率阈值与预设比例的乘积作为最佳发射功率，其中，预设比例为A，75%≤A≤85%。

其中，通过设置激光器的最佳发射功率为饱和功率阈值的75%至85%，既保证了激光器具有足够的发射功率，也在激光器的最佳发射功率与光电位置敏感器的饱和功率阈值之间设置了余量，从而保证激光器的发射功率不会超出光电位置敏感器的饱和功率阈值。

需要说明的是，预设比例的具体数值可根据实际需求进行设置，例如，设置预设比例为80%，但并不局限于此。

S103、控制激光器以最佳发射功率向光电位置敏感器发射光信号。

其中，通过控制激光器以上述最佳发射功率向光电位置敏感器发射光信号，可使光电位置敏感器工作在线性功率区间内，从而避免光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间失去线性关系而导致最终获取的检测信息不再准确。

图10为本发明实施例提供的又一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图，如图10所示，可选的，确定光电位置敏感器的饱和功率阈值，包括：

重复执行N次如下操作：

S1011、控制激光器以第一预设功率步长向光电位置敏感器依次发射多个第一光信号，其中，多个第一光信号的发射功率在第一预设功率范围内，且多个第一光信号的发射功率随发射时间逐次降低。

具体的，通过控制激光器在第一预设功率范围内以第一预设功率步长向光电位置敏感器依次发射多个第一光信号，以对光电位置敏感器进行多功率扫描，且多个第一光信号的发射功率随发射时间逐次降低。

其中，第一预设功率范围为激光器所发射的多个第一光信号的发射功率所在范围，即激光器所发射的多个第一光信号的发射功率均位于第一预设功率范围内。

第一预设功率步长为激光器所发射的相邻两个第一光信号的发射功率的差值。

其中，第一预设功率范围和第一预设功率步长均可根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不做具体限定。

图11为本发明实施例提供的一种发射功率和电流信号的电流值的关系曲线图，如图11所示，示例性的，可设置第一预设功率范围为1mW至10mW，第一预设功率步长为0.4mW，则激光器依次以10mW、9.6mW、9.2mW、8.8mW、8.4mW、8.4mW、8.0mW…1mW的发射功率向光电位置敏感器发射多个第一光信号。

S1012、获取多个第一光信号所转换的多个第一数字信号，并根据多个第一数字信号确定光电位置敏感器的第一饱和功率参考阈值。

其中，激光器每向光电位置敏感器发射一个第一光信号，光信号处理装置对第一光信号进行一次转换，得到一个第一数字信号，因此，激光器向光电位置敏感器发射的第一光信号的数量等于光信号处理装置转换的第一数字信号的数量。

可以理解的是，第一光信号的发射功率越大，第一光信号经光电位置敏感器所转换的电流信号的电流值就越大，则电流信号所转换的第一数字信号所表征的电流值就越大。

由前所述，当光电位置敏感器工作于线性功率区间内时，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与接收的光信号的发射功率之间具有线性关系，因此，可以通过控制处理模块获取多个第一光信号所转换的多个第一数字信号，并根据第一数字信号获取电流信号的电流值，将电流信号的电流值与对应的第一光信号的发射功率进行曲线拟合，得到发射功率和电流信号的电流值的关系曲线，根据关系曲线判断电流信号的电流值是否与对应的第一光信号的发射功率呈线性正比例关系，从而判断第一光信号的发射功率是否位于光电位置敏感器的线性功率区间内，进而确定光电位置敏感器的第一饱和功率参考阈值。

其中，光电位置敏感器的第一饱和功率参考阈值为通过激光器对光电位置敏感器进行多功率扫描所测得的光电位置敏感器的线性功率区间的上限值。

示例性的，如图11所示，当发射功率低于6mW时，电流信号的电流值与对应的第一光信号的发射功率呈线性比例关系，超过6mW后，光电位置敏感器开始饱和，电流信号的电流值与对应的第一光信号的发射功率不再处于线性关系中，此时，确定6mW为光电位置敏感器的第一饱和功率参考阈值。

需要说明的是，上述电流信号的电流值可以为光电位置敏感器所产生的光电流I1与光电流I2的电流值之和，但并不局限于此。

进一步地，执行N次上述S1011和S1012，其中，N≥1，且N为正整数。

S1013、当N=1时，确定第一饱和功率参考阈值为饱和功率阈值。

其中，当N=1时，仅获取一个第一饱和功率参考阈值，此时，直接确定第一饱和功率参考阈值为光电位置敏感器的饱和功率阈值，可以较快的确定光电位置敏感器的饱和功率阈值。

S1014、当N＞1时，对N个第一饱和功率参考阈值进行平均处理，得到饱和功率阈值。

其中，对N个第一饱和功率参考阈值进行平均处理是指将N个第一饱和功率参考阈值相加求和后再除以N，所得到的数值即为饱和功率阈值。

以N=2为例进行说明，重复执行S1011和S1012两次，将第一次执行S1011和S1012所得到的第一饱和功率参考阈值记录为P1，将第二次执行S1011和S1012所得到的第一饱和功率参考阈值记录为P2，则饱和功率阈值P=（P1+P2）/2。

其中，通过执行至少2次上述S1011和S1012，并对每次获得的第一饱和功率参考阈值进行平均处理，得到饱和功率阈值，可以降低饱和功率阈值的检测误差，使得获取的饱和功率阈值更加精确。

需要说明的是，第一预设功率步长越小，则通过多功率扫描检测得到的饱和功率阈值就越精确，但由于第一预设功率步长不可能无限小，因此，最终通过多功率扫描检测得到的饱和功率阈值与光电位置敏感器的实际饱和功率阈值之间会存在一定误差。在本实施例中，通过设置激光器从高发射功率到低发射功率依次向光电位置敏感器发射第一光信号，可使最终检测得到的饱和功率阈值稍低于光电位置敏感器的实际饱和功率阈值，从而可保证最终确定的激光器的最佳发射功率低于光电位置敏感器的实际饱和功率阈值，即保证光电位置敏感器工作在线性功率区间内，从而避免光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与光信号的发射功率之间失去线性关系而导致检测失准。

图12为本发明实施例提供的又一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图，如图12所示，可选的，在控制激光器以第一预设功率步长向光电位置敏感器依次发射多个第一光信号之前，还包括：

S10101、控制激光器以第二预设功率步长向光电位置敏感器依次发射多个第二光信号，其中，多个第二光信号的发射功率在第二预设功率范围内，且多个第二光信号的发射功率随发射时间逐次提高。

其中，由上所述，为了更为精确的检测出光电位置敏感器的饱和功率阈值，第一预设功率步长会选取较小的数值，在第一预设功率范围一定时，第一预设功率步长较小会增加激光器发射第一光信号的数量，使得激光器进行多功率扫描的时间较长。

基于上述技术问题，在本实施例中，先设定范围较大的发射功率范围作为第二预设功率范围，较大的发射功率步长作为第二预设功率步长，然后通过控制激光器在第二预设功率范围内以第二预设功率步长向光电位置敏感器依次发射多个第二光信号，以对光电位置敏感器进行较为粗略的多功率扫描。

可以理解的是，第二预设功率范围为激光器所发射的多个第二光信号的发射功率所在范围，即激光器所发射的多个第二光信号的发射功率均位于第二预设功率范围内。

第二预设功率步长为激光器所发射的相邻两个第二光信号的发射功率的差值。

其中，第二预设功率范围和第二预设功率步长均可根据实际需求进行设置，本发明实施例对此不做具体限定。

示例性的，可设置第二预设功率范围为1mW至20mW，第一预设功率步长为1mW，则激光器依次以1mW、2mW、3mW、4mW、5mW…20mW的发射功率向光电位置敏感器发射多个第二光信号。

S10102、获取多个第二光信号所转换的多个第二数字信号，并根据多个第二数字信号确定光电位置敏感器的第二饱和功率参考阈值。

其中，激光器每向光电位置敏感器发射一个第二光信号，光信号处理装置对第二光信号进行一次转换，得到一个第二数字信号，因此，激光器向光电位置敏感器发射的第二光信号的数量等于光信号处理装置转换的第二数字信号的数量。

可以理解的是，第二光信号的发射功率越大，第二光信号经光电位置敏感器所转换的电流信号的电流值就越大，则电流信号所转换的第二数字信号所表征的电流值就越大。

由前所述，当光电位置敏感器工作于线性功率区间内时，光电位置敏感器所输出的电流信号的电流值与接收的光信号的发射功率之间具有线性关系，因此，可以通过控制处理模块获取多个第二光信号所转换的多个第二数字信号，并根据第二数字信号获取电流信号的电流值，将电流信号的电流值与对应的第二光信号的发射功率进行曲线拟合，得到发射功率和电流信号的电流值的关系曲线，根据关系曲线判断电流信号的电流值是否与对应的第二光信号的发射功率呈线性正比例关系，从而判断第二光信号的发射功率是否位于光电位置敏感器的线性功率区间内，进而确定光电位置敏感器的第二饱和功率参考阈值。

其中，第二饱和功率参考阈值的具体确定方法可以参照上述第一饱和功率参考阈值的确定方法，此处不再赘述。

需要说明的是，光电位置敏感器的第二饱和功率参考阈值为通过激光器对光电位置敏感器进行粗略多功率扫描所测得的光电位置敏感器的线性功率区间的上限值，由于此时第二预设功率步长较大，得到的第二饱和功率参考阈值与光电位置敏感器的实际饱和功率阈值之间会存在较大误差，但可通过第二饱和功率参考阈值获取光电位置敏感器的实际饱和功率阈值所位于的大致功率范围。

S10103、根据第二饱和功率参考阈值确定第一预设功率范围和第一预设功率步长，其中，第一预设功率范围位于第二预设功率范围内，且第一预设功率步长小于第二预设功率步长。

其中，在得到第二饱和功率参考阈值之后，可根据第二饱和功率参考阈值确定一个比第二预设功率范围的区间范围更小的第一预设功率范围，同时确定一个比第二预设功率步长更小的第一预设功率步长，以对光电位置敏感器进行较为精细的多功率扫描。

例如，若获取到的第二饱和功率参考阈值为7mW时，则可设置第二预设功率范围为5mW至9mW，第一预设功率步长为0.1mW，则激光器依次以9mW、9.8mW、9.7mW…5mW的发射功率向光电位置敏感器发射多个第一光信号，以实现更小功率范围的精细多功率扫描，如此有助于在保证光电位置敏感器的饱和功率阈值的检测精度的同时，降低多功率扫描时长，提高饱和功率阈值的检测效率。

需要说明的是，由于后续需要控制激光器从高发射功率到低发射功率依次向光电位置敏感器发射第一光信号，在本实施例中，通过设置控制激光器从低发射功率到高发射功率依次向光电位置敏感器发射第二光信号，一方面可以获得关于光电位置敏感器的饱和功率阈值的更多信息，另一方面，激光器在粗略扫描结束后会停留在高发射功率，在后续控制激光器依次向光电位置敏感器发射第一光信号时，可直接由当前所处于的高发射功率向低发射功率依次进行精细的多功率扫描，而无需再经过较大范围的发射功率转换。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种应力检测***，图13为本发明实施例提供的一种应力检测***的结构示意图，如图13所示，该应力检测***50包括激光器51和本发明任意实施例所述的光信号处理装置52，因此，本发明实施例提供的应力检测***50具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

如图13所示，激光器51用于发射光信号，光信号经待测样品53反射至光信号处理装置52的光电位置敏感器10上。

其中，待测样品53可以为晶圆等半导体样品，但并不局限于此。

可选的，应力检测***可以为薄膜应力仪，薄膜应力仪可以用于半导体的前道检测，但并不局限于此。

示例性的，如图13所示，激光器51发射的光信号经待测样品53表面反射至光信号处理装置52的光电位置敏感器10上，当待测样品53表面具有一定曲线弧度时，反射至光电位置敏感器10上的光信号的光斑位置会发生位移，进而可使光电位置敏感器10输出的电流信号的电流值大小不同，据此，可根据光电位置敏感器10输出的电流信号的电流值确定待测样品53表面的曲率半径，进而可计算出待测样品53表面膜层的应力值。

其中，应力检测***可以包括1个激光器51，也可以包括多个激光器51，如图13所示，以应力检测***包括2个激光器51为例进行说明，应力检测***设置有第一激光器511和第二激光器512，第一激光器511和第二激光器512输出光信号的波长可以不同，从而可调整光信号的波长范围，使激光器51发射的光信号的波长能够位于适合待测样品53的波段中，进而使应力检测***可适用于多种不同类型的待测样品53的应力检测。

示例性的，第一激光器511可采用670nm激光器，第二激光器512可采用780nm激光器，但并不局限于此。

继续参考图13，可在第一激光器511和第二激光器512发射的光信号的光路上设置分光镜54，以使第一激光器511和第二激光器512发射的光信号均可经分光镜54传输至待测样品53，但并不局限于此。

需要说明的是，激光器51可与光信号处理装置52中的控制处理模块电连接，以使控制处理模块能够控制激光器51发射光信号。

图14为本发明实施例提供的又一种光信号处理方法的制备方法的流程示意图，如图14所示，在应力检测***对待测样品53进行应力检测之前，可包括如下方法：

控制处理模块控制第二级放大处理模块选择默认的放大通道，并控制激光器向光电位置敏感器发射光信号，以对光电位置敏感器进行多功率扫描。

其中，对光电位置敏感器进行多功率扫描的方法可参考上述实施例所提供的光信号处理方法，此处不再赘述。

在对光电位置敏感器进行多功率扫描之后，控制处理模块确定光电位置敏感器的饱和功率阈值，并根据饱和功率阈值确定激光器的最佳发射功率。

其中，饱和功率阈值和最佳发射功率的确定方法可参考上述实施例所提供的光信号处理方法，此处不再赘述。

在确定最佳发射功率之后，控制激光器以最佳发射功率向光电位置敏感器发射光信号。控制处理模块根据获取到的对应的数字信号生成所需的展示形态，并根据展示形态切换第二级放大处理模块中至少一个的放大处理单元的放大通道，以将第二级放大处理模块调整为合适的放大倍数。

其中，第二级放大处理模块的放大倍数的调整方法可参考上述实施例所提供的光信号处理方法，此处不再赘述。

当最佳发射功率和放大倍数调节完成之后，对待测样品53进行应力检测，从而在对待测样品进行应力检测的过程中，一方面，激光器以最佳发射功率发射光信号，使光电位置敏感器工作于线性功率区间，避免了光信号的发射功率过强而导致光电位置敏感处于饱和状态，进而避免出现部分数据失真而直接影响检测结果；另一方面，第二级放大处理模块可基于不同应用场景调整到合适的放大倍数，从而可使应力检测***最终达到良好的展示效果。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光信号处理装置，其特征在于，

包括光电位置敏感器、第一级放大处理模块、第二级放大处理模块和控制处理模块；

所述光电位置敏感器用于接收光信号并将所述光信号转换为电流信号；

所述第一级放大处理模块和所述光电位置敏感器电连接，用于将所述电流信号转换为第一电压信号；

所述第二级放大处理模块和所述第一级放大处理模块电连接，用于将所述第一电压信号进行放大得到第二电压信号；

其中，所述第二级放大处理模块包括串联的至少两个放大处理单元，每个所述放大处理单元包括至少两个放大倍数不同的放大通道；

所述控制处理模块和所述第二级放大处理模块电连接，所述控制处理模块用于将所述第二电压信号转换为数字信号，并根据所述数字信号切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道；

所述控制处理模块具体用于：

根据所述数字信号确定显示数值；

当所述显示数值小于预设显示数值范围的下限值时，切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道，以提高所述第二级放大处理模块中至少一个所述放大处理单元的放大倍数；

当所述显示数值大于所述预设显示数值范围的上限值时，切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道，以降低所述第二级放大处理模块中至少一个所述放大处理单元的所述放大倍数；

所述控制处理模块还用于：

在根据所述数字信号确定显示数值之前，重复执行N次如下操作：

控制激光器以第一预设功率步长向所述光电位置敏感器依次发射多个第一光信号，其中，所述多个第一光信号的发射功率在第一预设功率范围内，且所述多个第一光信号的发射功率随发射时间逐次降低；

获取所述多个第一光信号所转换的多个第一数字信号，并根据所述多个第一数字信号确定所述光电位置敏感器的第一饱和功率参考阈值；

其中，N≥1，且N为正整数；

当N=1时，确定所述第一饱和功率参考阈值为饱和功率阈值；

当N＞1时，对N个所述第一饱和功率参考阈值进行平均处理，得到所述饱和功率阈值；

根据所述饱和功率阈值确定所述激光器的最佳发射功率；

控制所述激光器以所述最佳发射功率向所述光电位置敏感器发射光信号。

2.根据权利要求1所述的光信号处理装置，其特征在于，

所述放大处理单元包括运算放大器、下拉电阻、继电器单元、驱动单元和至少两个反馈电阻；

所述运算放大器的第一输入端通过所述下拉电阻接地，所述运算放大器的第二输入端作为所述放大处理单元的输入端，所述运算放大器的输出端作为所述放大处理单元的输出端；

所述反馈电阻分别与所述运算放大器的所述第一输入端和所述继电器单元电连接，且不同所述反馈电阻的阻值不同；

所述继电器单元和所述运算放大器的输出端电连接；

所述驱动单元分别与所述继电器单元和所述控制处理模块电连接；

所述控制处理模块还用于通过所述驱动单元驱动所述继电器单元，以使所述继电器单元控制至少两个所述反馈电阻中的一者与所述运算放大器的输出端之间导通。

3.根据权利要求2所述的光信号处理装置，其特征在于，

至少两个所述反馈电阻包括第一反馈电阻、第二反馈电阻和第三反馈电阻；

所述继电器单元包括第一继电器和第二继电器；

所述驱动单元包括第一驱动芯片和第二驱动芯片；

所述第二反馈电阻和所述第三反馈电阻均与所述第一继电器的输入端电连接；

所述第一反馈电阻和所述第一继电器的输出端均与所述第二继电器的输入端电连接；

所述第二继电器的输出端与所述运算放大器的输出端电连接；

所述第一驱动芯片的输出端与所述第一继电器的控制端电连接，所述第二驱动芯片的输出端与所述第二继电器的控制端电连接；

所述第一驱动芯片的控制端和所述第二驱动芯片的控制端均与所述控制处理模块电连接。

4.根据权利要求2所述的光信号处理装置，其特征在于，

至少两个所述放大处理单元包括第一放大处理单元和第二放大处理单元；

所述第一放大处理单元的输入端与所述第一级放大处理模块电连接，所述第一放大处理单元的输出端与所述第二放大处理单元的输入端电连接，所述第二放大处理单元的输出端与所述控制处理模块电连接。

5.一种光信号处理方法，其特征在于，用于权利要求1-4任一项所述的光信号处理装置；

所述光信号处理方法包括：

根据所述数字信号确定显示数值；

当所述显示数值小于预设显示数值范围的下限值时，切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道，以提高所述第二级放大处理模块中至少一个所述放大处理单元的放大倍数；

当所述显示数值大于所述预设显示数值范围的上限值时，切换所述第二级放大处理模块中所述放大处理单元的所述放大通道，以降低所述第二级放大处理模块中至少一个所述放大处理单元的所述放大倍数；

在根据所述数字信号确定显示数值之前，还包括：

确定所述光电位置敏感器的饱和功率阈值；

根据所述饱和功率阈值确定激光器的最佳发射功率；

控制所述激光器以所述最佳发射功率向所述光电位置敏感器发射光信号；

确定所述光电位置敏感器的饱和功率阈值，包括：

重复执行N次如下操作：

控制所述激光器以第一预设功率步长向所述光电位置敏感器依次发射多个第一光信号，其中，所述多个第一光信号的发射功率在第一预设功率范围内，且所述多个第一光信号的发射功率随发射时间逐次降低；

获取所述多个第一光信号所转换的多个第一数字信号，并根据所述多个第一数字信号确定所述光电位置敏感器的第一饱和功率参考阈值；

其中，N≥1，且N为正整数；

当N=1时，确定所述第一饱和功率参考阈值为所述饱和功率阈值；

当N＞1时，对N个所述第一饱和功率参考阈值进行平均处理，得到所述饱和功率阈值。

6.根据权利要求5所述的光信号处理方法，其特征在于，

在控制所述激光器以第一预设功率步长向所述光电位置敏感器依次发射多个第一光信号之前，还包括：

控制所述激光器以第二预设功率步长向所述光电位置敏感器依次发射多个第二光信号，其中，所述多个第二光信号的发射功率在第二预设功率范围内，且所述多个第二光信号的发射功率随发射时间逐次提高；

获取所述多个第二光信号所转换的多个第二数字信号，并根据所述多个第二数字信号确定所述光电位置敏感器的第二饱和功率参考阈值；

根据所述第二饱和功率参考阈值确定所述第一预设功率范围和所述第一预设功率步长，其中，所述第一预设功率范围位于所述第二预设功率范围内，且所述第一预设功率步长小于所述第二预设功率步长。

7.根据权利要求5所述的光信号处理方法，其特征在于，

根据所述饱和功率阈值确定所述激光器的最佳发射功率，包括：

确定所述饱和功率阈值与预设比例的乘积作为所述最佳发射功率，其中，所述预设比例为A，75%≤A≤85%。

8.一种应力检测***，其特征在于，包括激光器和权利要求1-4任一项所述的光信号处理装置；

所述激光器用于发射光信号，所述光信号经待测样品反射至所述光信号处理装置的所述光电位置敏感器上。