光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用課件

第九章、光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用第九章、光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用1數(shù)字紅外輻射計全自動血沉動態(tài)分析儀

據(jù)海爾洗衣機(jī)的技術(shù)專家介紹，這種洗凈即停技術(shù)是海爾洗衣機(jī)最新研發(fā)的技術(shù)成果，它采用全方位的光電檢測技術(shù)，通過即時檢測桶內(nèi)水的臟污變化程度，在整個洗衣過程中可以隨時感知衣物的污濁度，以此自動判斷用水量及洗滌時間，就像電飯煲煮飯一樣，米飯煮好時自動跳閘。數(shù)字紅外輻射計全自動血沉動態(tài)分析儀據(jù)海爾洗衣機(jī)29.1微弱光信號檢測技術(shù)一、鎖相放大器它是一種對交變信號進(jìn)行相敏檢波的放大器。利用和被測信號有相同頻率和相位關(guān)系的參考信號作為比較基準(zhǔn)，只對被測信號本身和那些與參考信號同頻（或倍頻）、同相的噪聲分類有響應(yīng)，故能大幅度抑制無用噪聲，改善檢測信噪比。此外，鎖相放大器有很高的檢測靈敏度，信號處理比較簡單，是微弱信號檢測的一種有效辦法。9.1微弱光信號檢測技術(shù)一、鎖相放大器3鎖相放大器鎖相放大器4選頻鎖相環(huán)移相器輸入信號AC參考信號AC信號通道相敏檢波輸出信號DC前放混頻乘法器低通濾波器鎖相放大器的組成方框圖參考通道選頻鎖相環(huán)移相器輸入信號AC參考信號AC信號通道相敏檢波輸出51.鎖相放大器的構(gòu)成它有三個主要部分:信號通道、參考通道和相敏檢波。信號通道對混有噪聲的初始信號進(jìn)行選頻放大，對噪聲作初步的窄帶濾波。參考通道通過鎖相和移相提供一個與被測信號同頻、同相的參考電壓。相敏檢波有混頻乘法器和低通濾波器組成，所用參考信號是方波形式。在相敏檢波器中參考和輸入信號進(jìn)行混頻運(yùn)算得到兩信號的和頻和差頻。該信號經(jīng)低通濾波器濾除和頻成分后得到與輸入信號幅值成比例的直流輸出分量。1.鎖相放大器的構(gòu)成62、鎖相放大器的原理3、方波控制的相敏放大器工作原理2、鎖相放大器的原理3、方波控制的相敏放大器工作原理7光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用ppt課件8鎖相放大技術(shù)的四個基本環(huán)節(jié)：通過調(diào)制或斬光，將被測信號由零頻范圍轉(zhuǎn)移到設(shè)定的高頻范圍內(nèi)。檢測系統(tǒng)變成交流系統(tǒng)；在調(diào)制頻率上對有用信號進(jìn)行選頻放大；在相敏檢波中對信號解調(diào)。同步解調(diào)作用截斷了非同步噪聲信號，使輸出信號的帶寬限制在極窄的范圍內(nèi)；通過低通濾波器對檢波信號進(jìn)行低通濾波。鎖相放大技術(shù)的四個基本環(huán)節(jié)：9特點(diǎn)：要求對入射光束進(jìn)行斬光或光源調(diào)制，適用于調(diào)幅光信號的檢測；極窄帶高增益放大器，增益可達(dá)1011，帶寬窄到0.0004Hz；交流－直流信號變換器；可以補(bǔ)償光檢測中的背景輻射噪聲＆前置放大器的固有噪聲。信噪比改善可達(dá)1000倍。特點(diǎn)：10二、取樣積分器（Boxcar平均器）利用取樣和平均化技術(shù)測定深埋在噪聲中的周期性信號的測量裝置。根據(jù)被測信號的形式可分為穩(wěn)態(tài)和掃描測量方式。1、運(yùn)行步驟：利用檢測光脈沖的激勵源取得＆輸入光脈沖同步的觸發(fā)信號；利用門延時＆門脈沖寬度控制單元形成與觸發(fā)脈沖具有恒定時延或時延與時間成線性關(guān)系的可調(diào)脈寬取樣脈沖串；取樣脈沖控制取樣開關(guān)對連續(xù)的周期性變化信號進(jìn)行掃描取樣；積分器對取樣信號進(jìn)行多次線性累加，經(jīng)過濾波后獲得輸出信號。二、取樣積分器（Boxcar平均器）11取樣積分器

取樣積分器(Boxcar)，是一種微弱信號檢測系統(tǒng)。它在原理上是很古老的，它利用周期性信號的重復(fù)特性，在每個周期內(nèi)對信號的一部分取樣一次，然后經(jīng)過積分器算出平均值，于是各個周期內(nèi)取樣平均信號的總體便展現(xiàn)了待測信號的真實(shí)波形。因?yàn)樾盘柼崛?取樣)是經(jīng)過多次重復(fù)的，而噪聲多次重復(fù)的統(tǒng)計平均值為零，所以可大大提高信噪比，再現(xiàn)被噪聲淹沒的信號波形。取樣積分器取樣積分器(Boxcar)，是一種微弱信號檢測121、取樣積分器的工作原理

取樣點(diǎn)的值，應(yīng)是信號和噪聲的和，我們以信號和噪聲功率平均值來看積分前后信噪比的變化。若輸入信號為Vsi，經(jīng)過積分器M次積累后所得到的輸出電壓為Vs，則1、取樣積分器的工作原理取樣點(diǎn)的值，應(yīng)是信號13輸入噪聲電壓Vni是隨機(jī)量，當(dāng)噪聲的分布是正態(tài)分布時，數(shù)學(xué)期望是零，方差等于噪聲平均功率Pni，所以輸出噪聲電壓Vn也是正態(tài)分布的隨機(jī)變量，它的數(shù)學(xué)期望和方差分別是輸入噪聲電壓Vni是隨機(jī)量，當(dāng)噪聲的分布是正態(tài)分布時，數(shù)學(xué)14通過累積以后獲得的信噪比為通過累積以后信號噪聲幅值比(SNIR)為通過累積以后獲得的信噪比為15一個取樣積分器的核心組件是取樣門和積分器，通常采用取樣脈沖控制RC積分器來實(shí)現(xiàn)，使在取樣時間內(nèi)被取樣的波形作同步積累，并將所積累的結(jié)果(輸出)保持到下一次取樣一個取樣積分器的核心組件是取樣門和積分器，通常采用取樣脈沖16光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用ppt課件17取樣積分器通常有兩種工作模式，即定點(diǎn)式和掃描式。定點(diǎn)式取樣積分器是測量周期信號的某一瞬態(tài)平均值；掃描式取樣積分器則可以恢復(fù)和記錄被測信號的波形。下面分別討論這兩種模式。取樣積分器通常有兩種工作模式，即定點(diǎn)式和掃描182．定點(diǎn)式取樣積分器2．定點(diǎn)式取樣積分器19定點(diǎn)式取樣是對被噪聲淹沒的信號在固定點(diǎn)取樣、平均，所以經(jīng)m次取樣平均后，其幅值信噪比改善為定點(diǎn)式取樣積分器僅能在噪聲中提取信號瞬時值，其功能與鎖定放大器相同，不同的定點(diǎn)可通過手控延時電路來實(shí)現(xiàn)。定點(diǎn)式取樣是對被噪聲淹沒的信號在固定點(diǎn)取樣、203．掃描式取樣積分器掃描式取樣積分器利用取樣脈沖在信號波形上延時取樣，可以恢復(fù)被測信號波形。它主要包括可變時延的取樣脈沖和在取樣脈沖控制下作同步積累這兩個過程。掃描式取樣積分器可得到形狀與輸入的被測信號相同，而在時間上大大放慢了的輸出波形，故掃描式取樣積分器能在噪聲中提取信號并恢復(fù)波形。3．掃描式取樣積分器掃描式取樣積分器利用取樣21光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用ppt課件22光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用ppt課件23光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用ppt課件241、取樣積分技術(shù)的運(yùn)行步驟：利用檢測光脈沖的激勵源取得和輸入光脈沖同步的觸發(fā)信號；利用門延時和門脈沖寬度控制單元形成與觸發(fā)脈沖具有恒定時延或時延與時間成線性關(guān)系的可調(diào)脈寬取樣脈沖串；取樣脈沖控制取樣開關(guān)對連續(xù)的周期性變化信號進(jìn)行掃描取樣；積分器對取樣信號進(jìn)行多次線性累加，經(jīng)過濾波后獲得輸出信號。1、取樣積分技術(shù)的運(yùn)行步驟：252、取樣積分器的特點(diǎn)：適用于由脈沖光源產(chǎn)生的連續(xù)周期變化的信號波形測量或單個光脈沖的幅度測量。需要有與光脈沖同步的激勵信號；是一個取樣放大器，在每個信號脈沖周期內(nèi)只取一個輸入信號值；在多次取樣過程中，門積分器對被測信號的多次取樣值進(jìn)行線性疊加，而對隨機(jī)噪聲是矢量疊加，所以，對信號有恢復(fù)和提取作用；在測量占空比小于50％的窄脈沖光強(qiáng)度下，信噪比好于鎖相放大器；用掃描方式測量信號波形時能得到100ns的時間分辨率；雙通道系統(tǒng)能提供自動背景和輻射源補(bǔ)償。2、取樣積分器的特點(diǎn)：26三、光子計數(shù)系統(tǒng)一種利用光電倍增管能檢測單個光子能量的功能，通過光電子計數(shù)的方法測量極微弱光脈沖信號的裝置。1、類型：基本的光子計數(shù)系統(tǒng)：輻射源補(bǔ)償?shù)墓庾佑嫈?shù)系統(tǒng)；背景補(bǔ)償?shù)墓庾佑嫈?shù)系統(tǒng)。三、光子計數(shù)系統(tǒng)27光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用ppt課件28光電檢測技術(shù)的典型應(yīng)用ppt課件29PMT比例計計數(shù)器數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大器光子參考電壓光子脈沖噪聲技術(shù)脈沖鑒別器模擬輸出數(shù)字輸出模擬輸出基本的光子計數(shù)系統(tǒng)入射到光電倍增管陰極上的光子引起輸出信號脈沖，經(jīng)過放大器輸送到一個脈沖高達(dá)鑒別器上，從中分離出單光子脈沖，再用計數(shù)器計數(shù)光子脈沖數(shù)。計算出一定時間間隔內(nèi)的計數(shù)值，以數(shù)字和模擬形式輸出。PMT比例計計數(shù)器數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大器光子參考電壓光子脈沖噪聲技302、基本過程：用光電倍增管檢測弱光的光子流，形成包括噪聲信號在內(nèi)的輸出光脈沖；利用脈沖幅度鑒