微弱光实验报告
“微弱信号检测技术”仿真报告
“微弱信号检测技术”仿真实验报告二．实验装置：信号发生器，双踪通用示波器一台，电路试验箱，EWB电路仿真软件，计算机三．实验步骤：1）安装好EWB软件2）画好仿真电路图3）选择输入信号（正弦，方波），并调节参考信号的频率，观察负载的输出情况4）观察输出波形，记录实验数据同步积分器电路用EWB进行仿真的实验电路图仿真后的波形用f1表示参考频率，f2表示输入频率。
令f1=1kHz1.输入频率与参考频率相同，即f2=f1=1kHz。
2.输入频率为参考频率的偶次谐波，令f2=4f1=4kHz。
3.输入频率为参考频率的奇次谐波，令f2=5f1=5kHz。
4.输入频率偏离参考频率一个小量，令f2=1.005kHz。
相关器的研究一．实验目的与要求⑴、了解相关器的原理，测量相关器的输出特性；⑵、测量相关器的抑制干扰能力和抑制白噪声的能力；⑶、、测量相关器的过载电平、直流漂移、动态范围。
基本原理：二．实验装置：信号发生器，双踪通用示波器一台，电路试验箱，EWB电路仿真软件，计算机三．实验步骤：1）安装好EWB软件2）画好仿真电路图3）选择输入信号（正弦，方波），并调节参考信号的频率，观察负载的输出情况4）观察输出波形，记录实验数据相关器电路用EWB进行仿真的实验电路图仿真后的波形1.输入频率与参考频率相同，即f2=f1=1kHz。
2.输入频率为参考频率的偶次谐波，令f2=4f1=4kHz。
3.输入频率为参考频率的奇次谐波，令f2=7f1=7kHz。
4.输入频率偏离参考频率一个小量，令f2=1.005kHz。
微弱信号检测技术综合专题实验
实际应用, 总结了此专题综合实验与一般实验方式相比的特点, 实 际结果表明: 综合专题实验改善了高年级本科 生或研究生的实验教学手段,
提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力, 取得了良好的实验教学效果, 特别是对于大学生研究能力的提高十分有益。
关键词: 检测原理及检测方法; 综合专题实验; 微弱信号检测
则信号改善比:
SNIR =
( S N I R) o ( SN I R) i
=
m
( 4)
锁定放大器的原理实验应以掌握相关检测原理
80 电气电子教学学报 27 卷
为重点, 以观测、分析相敏检波器的相位特性为主要
内容; 通过观察、分析相关器的 PSD 波形以及相关
幅 P 和位相 7 :
P = ( P sin7 ) 2 + ( P cos7 ) 2
7
=
tg- 1
P sin7 P cos7
( 5)
实验方法: 本实验中采样程序由 C 语言编写,
选取的采样间隔分别为 0. 1107nm 和 0. 3321nm。采
集数据开始时首先选择模拟输入通道, 然后启动模
数转换器, 分道轮流采集锁定放大器输出的 P sin7
微弱信号相关检测原理以锁定放大器为例进行 讨论。锁定放大器是通过相敏检波利用参考信号与 被测信号的相位锁定来压缩噪声带宽以抑制噪声, 从而检测出信号幅值和相位, 检测信号可达 nV 级。 其实际上是互相关的、以相敏检波器 P SD 为基础的 装置, 实验原理框图如图 2。
图 2 锁定放大器的实验原理框图
LU Rong-de, DU Ying-lei
( Dep t . of Astronomy & App l icat ion P hysics, University of Sci ence & T echnol ogy of Chi na , H ef ei 230021, China)
光照效果分析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在分析不同光照条件下对物体颜色、亮度和对比度的影响，探究光照对视觉感知的影响规律，为实际应用中的光照设计提供理论依据。
二、实验原理光照是视觉感知的基础，不同光源、角度、距离和强度都会影响物体的颜色、亮度和对比度。
本实验通过对比分析不同光照条件下的视觉感受，探究光照对视觉感知的影响。
三、实验材料1. 实验设备：相机、笔记本电脑、照明设备（包括白光、黄光、红光等不同光源）。
2. 实验样品：同一种颜色和形状的物体（如红色苹果）。
3. 实验环境：室内环境，光照条件可调节。
四、实验方法1. 准备实验样品，确保样品表面干净、无污渍。
2. 设置实验环境，调整照明设备，使光源距离物体一定距离。
3. 分别使用白光、黄光、红光等不同光源照射物体，记录相机拍摄的照片。
4. 在相同条件下，调整光源距离，记录不同距离下的照片。
5. 在相同光源和距离下，调整光源角度，记录不同角度下的照片。
6. 对比分析不同光照条件下的照片，评估颜色、亮度和对比度。
五、实验结果与分析1. 颜色分析实验结果显示，不同光源照射下，物体颜色存在差异。
白光照射下，物体颜色最为真实；黄光照射下，物体颜色偏黄；红光照射下，物体颜色偏红。
这表明光源的颜色对物体颜色感知有显著影响。
2. 亮度分析实验结果显示，光源强度对物体亮度感知有显著影响。
随着光源强度的增加，物体亮度感知也随之增加。
此外，光源距离和角度也会影响物体亮度感知。
3. 对比度分析实验结果显示，光源角度和距离对物体对比度感知有显著影响。
光源角度与物体表面的夹角越小，对比度越高；光源距离越近，对比度越高。
六、实验结论1. 光源颜色对物体颜色感知有显著影响，白光照射下物体颜色最为真实。
2. 光源强度对物体亮度感知有显著影响，光源强度越高，物体亮度感知越强。
3. 光源角度和距离对物体对比度感知有显著影响，光源角度与物体表面的夹角越小，对比度越高；光源距离越近，对比度越高。
七、实验讨论本实验结果表明，光照对视觉感知具有重要影响。
微弱信号报告
智微弱信号检测结课报告题目：微弱光信号检测与采集组员分工：魏源璋（写报告）钟笛（演讲）王法（PPT制作）学院：机电学院专业：测控技术与仪器指导教师：宋俊磊微弱信号检测报告----微弱光信号检测绪论 (2)一、光电检测原理.............................. 错误！未定义书签。
1.1 光电检测与采集原理 ...................... 错误！未定义书签。
1.2 光电转换 .......................................... 错误！未定义书签。
二、信号检测前置放大电路设计 (4)2.1噪声来源分析 (4)2.2前置放大电路设计 (4)三、锁定放大器 (7)3.1、基本原理 (7)3.2、锁定放大参数分析 (9)四、A/D采集及软件设计.................. 错误！未定义书签。
4.1、ADC0809芯片介绍 (11)4.2、A/D启动及程序流程 (12)4.3、硬件接口图 (13)绪论微弱信号不仅意味着信号的幅度很小，而且主要指的是被噪声淹没的信号，微弱是相对于噪声而言的。
为了检测被背景噪声覆盖着的微弱信号，进行了长期的研究工作，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点，相关性以及噪声的统计特征，以寻找出从背景噪声中检测出有用信号的方法。
微弱信号检测技术的首要任务是提高信噪比，这就需要采用电子学、信息论、计算机和物理学的方法，以便从强噪声中检测出有用的微弱信号，从而满足现代科学研究和技术开发的需要，微弱信号的检测技术不同于一般的检测技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理，也不是相应的信号转换电路和仪表实现方法，而是抑制噪声和提高信燥比，因此可以说，微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术。
在许多研究和应用领域中，都涉及到微弱信号的精密测量。
然而，由于任何一个系统部必然存在噪声，而所测量的信号本身又相当微弱，因此，如何把淹没于噪声中的有用信号提取出来的问题具有十分重要的意义。
微弱光电信号的检测与采集_卢莉萍
文章编号: 1673-9965(2011)04-326-05微弱光电信号的检测与采集＊卢莉萍,李翰山(西安工业大学计算机科学与工程学院,西安710032)摘 要: 针对光电倍增管接收微弱光电信号的检测问题,研究了基于H7712光电倍增管的微弱光电信号的检测与采集方法,研究光电检测技术原理,分析影响微弱检测信号的因素;利用高响应、低噪声OPA686设计信号放大处理电路,采用12位高精度A/D转换器设计信号采集电路.实验结果表明:本设计的电路可以对微弱光信号进行放大处理,响应的输入信号频率可以达到100kHz,可以探测到大于3mV以上的光信号.关键词: 光电倍增管;检测;放大电路;信号处理中图号: TN2 文献标志码: A 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴的检测技术,它主要利用电子技术对光学信号进行检测[1],并进一步传递、储存、控制、计算和显示.光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量[2],它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息,然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量[3],并进一步经过电路放大、处理,以达到电信号输出的目的[4-5].特别是微弱信号的检测,如光电耦合传感器,光电倍增管,光伏探测器,红外光电探测器等的前端输出信号.这些传感器输出的信号一般都为微弱信号,要想全面的了解这些输出信号信息,需要将微弱的光电信号进行放大处理,为后续的数据采集与开发提供研究依据.因此,研究微弱检测信号技术是必要的并且具有一定的工程实践意义.微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号,同时提高检测系统输出信号的信噪比.文中基于H7712光电倍增管研究它的微弱光电信号检测方法和信号的采集处理.1 光电信号检测与采集原理光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱,而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中,因此,要对这样的微弱信号放大处理,一般先进行预处理,以将大部分噪声滤除掉,并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度[6-7].其光电检测模块的组成框图如图1所示.图1 光电信号检测与采集原理框图Fig.1 P rinciple of photo-electricitysig nal de tectio n a nd co llection光电转换模块主要是将H7712光电倍增管的入射到其光敏面的光信号转为电信号,倍增管输出的通常为电流信号,因而在信号放大之前需要把该电流信号转为电压信号,然后,利用高增益、低噪声集成运放对信号进行放大处理,再利用单片机与A/D转换器进行信号的采集处理.2 信号检测放大电路设计2.1 放大电路设计分析一个线性度好,稳定度高的光电转换与信号放大电路,对该测试系统至关重要,它直接影响整个第31卷第4期2011年08月 西 安 工 业 大 学 学 报Journal o f Xi'an Technological U nive rsity Vo l.31N o.4Aug.2011＊收稿日期:2011-04-29基金资助:陕西省教育厅自然科学专项(2010JK605)作者简介:卢莉萍(1975-),女,西安工业大学讲师,主要研究方向为计算机应用.E-m ail:llp21@. DOI:10.16185/.2011.04.014系统的测量精度、重复精度、稳定性等指标,同时,系统探测灵敏度与接收到的微弱信号分子的数量有关.H7712光电倍增管是光信号接收的高性能探测器,可以探测到0.1个微弱信号分子/μm2,它属于低噪声高响应度光电探测器,在许多微光信号检出系统中被广泛的应用,特别是医学检测上的微弱荧光信号.H7712光电倍增管输出的是微电流信号,为了有效的检测出其探测到的微光电子信号,需要进行放大处理.对于复杂环境的信号检测,需要从多方面分析所需设计的探测电路特点.从检测对象考虑,要从A/D采集系统得到比较理想的微弱信号,在微弱信号经过光电探测器转换成电信号后,还要经过相应的滤波、放大、信号处理等电路环节进行必要的处理.由于电路系统自身与外来干扰的存在,不可避免带来不利的噪声信号,噪声主要来源两个方面:①电阻与IC器件的热噪声、散粒噪声,与系统的带宽、增益和工作温度相关.基于这些噪声现象具有随机过程的特征,根据其统计规律,可以通过器件的筛选、系统带宽和增益的合理配置等措施来控制其影响程度,但不能够完全消除;②集成放大器偏置电流的温度漂移和电路板上的泄露电流通过公共阻抗引入的干扰噪声信号,对前者可通过低温度漂移的器件选择与工作环境的温度控制以减小,后者可以通过优化SM T 工艺设计、选取绝缘性能良好的器件以减小线路泄露电流.在电路工艺方面,对系统电路板上的大电压梯度要进行有效隔离,以保证减小器件、印制线间的寄生泄露电流的影响.实际应用中,可以对各级单元电路的电源入口以及集成电路的电源供电端口采用高频和低频干扰滤波处理,能够得到很好的效果.除此之外,激发调制激光光源的调频信号,也对系统检测电路带来一定的影响,为消除调制光源频率信号及外界干扰,文中检测电路采用锁定放大原理设计,基本设计如框图2所示.放大电路模块主要是对输入的微弱信号x i(t)进行交流放大.在文中检测电路中采用两级放大,输出为x(t),将弱信号放大到足以推动相敏检测器工作的电平,并通过RC电路滤除部分干扰和噪声,以提高相敏检测的动态范围.r i(t)为参考输入信号(采用调制光源信号),PSD模块主要是以参考信号为基准对微弱信号进行相敏检测,采用OPA686运放完成, LPF为滤除噪声,输出信号u o(t)对x(t)的幅度和相位都很敏感,到达鉴频鉴相的目的,信号检测基本原理如图2所示.通过调节LPF的频带,可以使电路达到较大的SNIR.图2 微弱信号检测处理原理框图Fig.2 Principle of w eak sig nal detec tion and process 2.2 放大电路设计根据所设计的探测电路要求,针对H7712特点,选择集成运放0PA686作为放大处理核心器件.该运放是由Bur-Brow n公司生产具有高的增益带宽积,其为1.6GH z,输入电压噪声为1.3 nV/H z,输入电流噪声为1.8/pA/H z,该运放当增益大于40倍时,其增益带宽积为1.6GH z;增益为20倍时,闭环带宽为100M H z;频率大于1 M H z时,输入电压噪声为1.3nV/Hz,输入电流噪声为1.8pA/H z;共模抑制比为100dB;输入阻抗不小于6kΨ;输入电容不大于2pF;闭环输出阻抗0.008Ψ,是设计高性能宽带前置放大器理想的器件.首先将光电流信号转变为电压信号,光电倍增管输入信号检测前端电路如图3所示.图3 光电流转为电压信号电路Fig.3 I-V circuitD为光电倍增管,当光电倍增管接收到有用信号时,其将光能转变为电能,u o1为输出的电压信号.为了满足A/D转换的要求,还必须对输出的信号进行放大处理.文中检测电路采用T型放大电路,如图4所示,其放大倍数A V为 A V=-1/R12·(R17+R19+R17·R19/R21) 图4中T型放大电路通过改变R21可以获得很高的放大倍数,并且能提高输入阻抗.电路中u o 为输出信号,其可以直接与A/D转换芯片连接.327 第4期 卢莉萍等:微弱光电信号的检测与采集图4 T 型检测放大电路Fig .4 T ty pe detection amplify ing circuit3 信号采集3.1 信号采集硬件设计为了直观的读取光电倍增管输出的信号,需要经过数据的采集与输出显示环节.本采集系统采用ADS7804芯片,它是12位A /D 转换器,运用逐次逼近式工作原理,单通道输入,模拟输入电压的范围为±10V ,采样速率为100kH z 因此A /D 采集精度可达2mV ,采集系统电路如图5所示,系统利用AT89C51作为数据采集与传输核心,M ax232是数据传输与处理显示的桥梁,采用计算机或其他输出设备作为终端显示输出.图5 A T 89C51与A DS7804接口示意图Fig .5 The sketch of interface o n AT 89C51and AT 89C51根据ADS7804芯片的采集时序要求,首先将R /C 脚电平变低;然后在CS 脚输入一个脉冲并在其下降沿启动A /D 转换,此脉冲的宽度要求在40ns ～6μs 之间;这时BUSY 脚电平拉低表示正在进行转换;在经过大约8μs 以后,转换完成,BUSY 脚电平相应变高;再把R /C 脚电平拉高,这样,CS 脚脉冲的下降沿即把转换结果输出到数据总线上.因为转换结果为12位,所以对8位单片机而言,必须分两次读入,这个功能由BYTE 脚实现.当BYTE脚为高电平时,数据总线上输出高字节,反之,输出低字节,所需ADS7804工作的时序由单片机软件完成.ADS7804的四个功能管脚与单片机P 1.0～P 1.3连接,CS 、BUS Y 、BYTE 、R /C 分别对应单片机的P 1.0、P 1.1、P 1.2和P 1.3管脚.将采集到的数据存储到单片机中,利用单片机的中断端口与P 3口的功能端口RXD 和TXD ,传送采集到的微弱信号数值,并可以在终端计算机显示.3.2 A /D 采集软件设计根据硬件接口原理图,A T89C51单片机的P 1.0、P 1.1、P 1.2、P 1.3引脚为ADS7804器件提供启动转换时序信号,利用程序方式编写出符合要求的A /D 转换时序信号,在单片机程序设计中首先使R /C 由高电位转为低电位,并持续4μs ,再变高电位,在该信号变化的下降沿出现时A /D 转换开始,此时BUSY 为低电平,经过一定时间,BUSY 由低变高,也就是需要等待判断BUSY 是否为“1”,如果为“1”,则A /D 转换结束,按照ADS7804的特点,其转换结果是12位,而单片机为8位处理器,因而需要分两次读取,通过AT89C51的P 0口先读高八位后读低四位,图6为A /D 采集程序流程图.图6 A /D 采集程序流程图F ig .6 Flow char t of A /D co llec tion4 实验分析利用频闪光源作为输入检测的信号源,光源为单色蓝光,波长为470nm ,功率为5mW ,将光源出射到荧光反射板,利用以H 7712光电倍增管接收探测系统接收反射的光信号,频闪光源频率为10kH z .图7为没有入射光信号时,在放大检测电路终端观测到信号,可以看出整个探测电路输出的背景噪声很低,小于3mV ,由此可知,如果输入信号大于3mV 以上的,该探测电路可以被提取放大处理.图8(a )和(b )为在1m 处的反射检测信号和328 西 安 工 业 大 学 学 报 第31卷0.5m 处的反射检测信号,得到的两个幅值不一的放大信号.图9为在原来的信号基础上将光源调制100kH z 时的反射输出放大信号.结果表明,本探测电路可以将微弱的输入信号加以提取放大.图7 无输入信号时的u o 的信号Fig .7 T he output of u o w itho ut input signal图8 探测系统检测不同距离条件下的反射接收信号Fig .8 T he r efec tion signal in diffe rentdistance in the de tectio n system图9 100kHz 输入信号时的u o 的信号F ig .9 T he refectio n sig na l u o w ith 100kHz input5 结论文中从H 7712光电倍增管的特点和微光信号特性方面,分析了光电信号检测的基本原理和检测放大电路设计需要注意的关键技术.选择具有高响应、高增益带宽、低噪声的高集成运放OPA686设计微光信号检测电路.利用单片机与AD 采集芯片相结合对信号进行采集输出显示.所设计的电路可以满足各种类型的光电传感器的信号采集与处理,适合各种环境下工作,并通过实验,检测电路可以检测到3mV 以上的微弱光电信号,并且输出噪声低,信号不失真,可以实现100kHz 以下的动态信号采集与处理.参考文献:[1] 刘泉,黄晓春.信号检测中的新型传感器研究[J ].武汉工业大学学报,2000,22(3):46. LI U Q uan ,H U AN G Xiao -chun .S tudy o n the N ewTy pe Sensor s in Sig nal De tection [J ].Jo urnal of W u -han U niv ersity of Technology ,2000,22(3):46. (in Chinese )[2] 谢文录,章倩苓,陈彦辉,等.杂波中信号检测的分形方法研究[J ].电子科学学刊,1999,21(5):630. X IE Wen -lu ,Z HA NG Qian -ling ,CH EN Yan -hui ,etal .T he Study of Sig na l Detection in Clutter by F ractal M e tho d [J ].Journal o f Electro nics ,1999,21(5):630(in Chinese )[3] 柯宏发,杨保平,王建军,等.低信噪比信号检测识别技术[J ].电光与控制,2002,9(4):47. KE Ho ng -fa ,YA NG Bao -ping ,WA N G Jian -jun ,et al .De tectio n and Recog nitio n T echno lo gy fo r Sig nal w ith Low SN R [J ].Electro nics O ptics &Contro l ,2002,9(4):47.(in Chine se )[4] 杨新峰,杨迎春,苑秉成.强噪声背景下微弱信号检测方法研究[J ].舰船电子工程,2005(150):123 YA N G Xin -feng ,YA N G Ying -chun ,YU A N Bing -cheng .Study on Weak Sig na l Detectio n M e thod in A St ronger No ise Backg round [J ].Ship Elect ronic Engi -nee ring ,2005(150):123.(in Chinese )[5] 李希胜金基灿王绍纯.相敏检测系统中自动移相的实现方法[J ].数据采集与处理,1995,10(3):225. LI Xi -sheng ,JI N Ji -can ,WA N G Shao -chun .I mple -mentation of A utoma tion P ha se -shifting M ethod in P ha se -sensitive -de tection Sy stem [J ].Journal of Data A cquisition &P ro cessing ,1995,10(3):225. (in Chinese )[6] 祝海华,王泽明.一种基于时频分布的信号检测的新方法[J ].制导与引信,2008,29(1):39. ZHU Hai -hua ,W A NG Ze -ming .A New Algorithm ofSignal Detection Based on Time -frequency Distribution [J ].G uida nce &F uze ,2008,29(1):39.(in Chinese )[7] Bry ant C L ,G andhi N J .Real -time Data Acquisitio nand Contr ol System fo r the M easurement of M o to r329 第4期 卢莉萍等:微弱光电信号的检测与采集330 西 安 工 业 大 学 学 报 第31卷and Neural Data[J].Journal of N euroscience M e th-ods,2005,142:198Detection and Collection of Weak Photo-electric SignalLU Li-ping,L I H an-shan(School of Computer Science and Enginee ring,Xi'an T echnological Univ ersity,Xi'an710032,China)A bstract: To solve the detection pro blem o f photomultiplier tubes incepting weak photo-electric sig nal, the m ethod of detecting w eak photo-electric signal is proposed based o n the H7712pho tom ultiplier tubes.The principle of photo-electric de tection technolog y is studied and the factors affecting w eak signal magnification and detectio n are analyzed.Besides,an integ rated operational amplifier OPA686w ith hig h response and low noise is used to design the sig nal am plification circuit and a hig h-precision12-bit A/D co nverter is used to de sign the sig nal collection circuit.The results sho w that w eak photo-electric signal o f mo re than3mV can be amplified,collected and processed by the detection circuit,and the frequency of responded signal is up to100kH z.Key words: pho to multiplier tubes;signal de tection;amplification circuit;signal processing(责任编辑、校对 张立新) (上接第320页)[12] Chang W C,H sing D M.Hig h-co ercivity(N dDy)2Phys,1996,79:4843.(FeN b)14B-α-Fe N anocry stalline Allo ys[J].J ApplMagnetic Properties of Nd8-x Dy x Fe82Co6B4NanocompositesB A I Gang1,D A Y uan1,LIU Tao2(1.Schoo l o f Scie nce,Xi'an T echno lo gical U niver sity,Xi'an710032,China;2.Division of Functional M ateria ls,Central Iro n and S teel Resea rch I nstitute,Beijing100081,China)A bstract: Ag ainst the lo w mag netic properties,especially the low co ercivity of NdFeB nano com po site, Nd8-x Dy x Fe82Co6B4(x=0,0.4,0.8,1.2,1.6)nanoco mposites are prepared by melt spinning.The effects of Dy and Co addition on the m agne tic properties of NdFeB nanocomposite are studied.The re sults show that the anisotropy field and the coercivity of the sam ples are increased by Dy additio n.H owever,Dy addition can reduce the remanence and increase the cry stallizing temperature of the sam ples,so Dy contents of the samples should not be too bined Co addition can increase the rem anence and the co ercivity of the samples,and the defect of Dy addition only can be remedied also.A n the optimal cry stallizing tem perature,Nd7.2Dy0.8Fe82Co6B4nanoco mposite is prepared with the hard m ag ne tic pro perties of j H c=524kA/m,B r=1.11T,(B H)max=158kJ/m3.Key words: NdFeB nanoco mposite;magnetic prope rties;coercivity;elements additio n;crystallizing tem perature(责任编辑、校对 张立新)。
微弱光信号检测电路的设计与实现
图 １．５ 高阻型前置放大器 （３）跨阻型前置放大器 对于具有恒流源特性的光电探测器， 采用 高阻负载将有利于获得大的信号电压， 故希望采用高阻放大器。但高 负载电阻与探测器分布电容和放大器输入电容将增加 ＲＣ 时间常量， 影响系统的高频响应， 并使其动态范围减小， 通常采用跨阻放大器或 并联反馈放大器克服这一缺点， 它是光纤系统中常采用的前级放大电 路。这种连接方式具有载噪比高， 灵敏度高和频带较宽等优点， 但放大 器设计较复杂， 且负反馈阻值限制了放大器的增益。 跨阻放大器的结构框图可以用图 １．６ 表示。由基本放大器和一个 跨接在输入输出端之间的电阻构成。这种放大器利用电阻 Ｒｆ 提供电 压并联负反馈， 减小了放大器的输入阻抗， 增加了带宽。
针对光功率为 １０ｎＷ－ １００ｎＷ 的直流弱信号检测， 分析 各 项 参 数 ， 设计了实际检测电路。这里， 我们选择 ＰＩＮ 光电二极管， 对于直流低频 弱信号进行精密测量， 选择采用暗电流小， 线性度好的零偏置光电压 模式。前置放大电路采用了跨阻连接方式， 跨接了一个 １００ｋΩ的反馈 电阻。对于反馈电阻的选取， 不宜过大， 过大， 电路稳定性变差， 易造成 干扰， 测量时间变长。并接 １０ｐＦ 的反馈电容， 抑制， 平滑噪声干扰。并 采用 Ｔ 型负反馈电阻网络的前置 Ｉ／ Ｖ 转换放大电 路 ， 不 仅 可 减 小 切 换稳定时间， 加快衰减， 而且保证了测量放大倍数， 达到了测量准确度 的要求。图 １．７ 是完整的微弱直流信号检测电路。
１．光电检测电路的设计
微弱光信号检测电路设计， 包括以下几个部分， 首先对于光信号 进行光电转换， 通过光电探测器将光功率转换为光电流， 之后经过前 置放大器将光电流转化成为电压形式， 再通过运算放大器对于转化的 信号进行第二级放大， 变成可检测信号。光电转换的基本原理是当被 测光照射到光探测器上时， 产生相应的光电流， 即将光信号转化成电 信号。而对于微弱信号检测中， 前置放大起着至关重要的作用。微弱信 号检测原理框图如图 １．１ 所示：
实验报告四 超微弱发光
实验报告课程名称： 生物仪器分析 指导老师：成绩：__________________________实验名称：超微弱发光技术对辐照糖的检测 实验类型： 探究 同组学生姓名：一､实验目的和要求(必填) 二､实验内容和原理(必填) 三､实验材料与试剂(必填) 四､实验器材与仪器(必填)五､操作方法和实验步骤(必填) 六､实验数据记录和处理七､实验结果与分析(必填) 八､讨论､心得一、实验目的和要求1、随着食品辐照技术的日趋成熟， 辐照食品已进入商业化应用。
为了保证辐照食品健康稳步地发展，辐照食品的鉴别方法受到人们的关注。
化学发光技术是辐照食品的常规检测技术，而糖是大多数食品的重要组成部分。
本实验通过观察糖辐照前后光子数的变化过程，以研究辐照对光子数的影响。
二、实验内容和原理 内容：1、依次测量0K 、1K 、3K 、5K 、7K 的辐照糖并进行分析。
原理：未经辐照处理的糖在干燥状态下的超微弱发光特性变化不大，但在测量时加入检测液的瞬间超微弱发光会大幅度增加，且光子数与辐照剂量密切相关。
糖被辐照后产生了一些能产生超微弱发光的物质（如糖辐解产生的含自由基的有机分子以及有些成分的电子处于激发态），这些物质在干燥的环境条件下反应缓慢，因而化学发光不易被探测到。
但当环境中水分活度增加时，测量液中的水自由基和其它离子会与糖的含自由基辐解产物或与其它处于激发态的产物发生反应，集中地释放光子。
反应完毕后，化学发光再回落到干燥时的水平。
三、实验材料与试剂材料：0K 、1K 、3K 、5K 、7K 的蔗糖 试剂：蒸馏水四、实验器材与仪器 器材：烧杯、注射器 仪器：超微弱发光仪五、操作方法和实验步骤1、设定仪器：测量方式为计数方式，设定测量参数：探测器高压：800v ，测定时间100s ；2、取未辐照的白糖，以平铺满烧杯底部为宜。
放入到超微弱发光仪中进行测量，到测量时间为20秒时注入1.0 ml 蒸馏水，等待测量结束，保存数据。
微弱光信号检测电路的设计和噪声分析
微弱光信号检测电路的设计和噪声分析王蒙;刘嘉;闵力【摘要】针对光信号检测电路对微弱光信号放大所带来的带宽和信噪比的问题,设计了一种微弱光信号检测电路.通过动态补偿的方法,在保证低噪声的同时使电路拥有良好的响应度.并通过电路的波特图形分析了电路的噪声,给出了减小电路噪声的方法.该电路主要用于检测快速变化的微弱光信号.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)010【总页数】3页(P134-136)【关键词】微弱信号;光电检测;动态补偿;噪声分析【作者】王蒙;刘嘉;闵力【作者单位】山东省科学院激光研究所山东济南250014;山东省科学院激光研究所山东济南250014;山东省科学院激光研究所山东济南250014【正文语种】中文【中图分类】TN710光电技术是将传统的光学技术和现代电子技术与计算机技术相结合的一种高新技术[1]。
以光电检测电路为核心的光电技术已经广泛的应用到军事、工业、农业、环境科学、医疗和航天等诸多领域[2]。
在光检测电路中，光电转换器件一般采用光电二极管，通过对光电二极管微弱光电流的检测，来获取光信息[3]。
光检测电路作用是将光电二极管的电流转换为电压输出。
在一般光信号检测电路中，背景噪声或干扰很大而待测信号很微弱，几乎被噪声淹没。
这样使得通过光电转换后得到的信号信噪比很小[4]。
但是在一般光检测电路中提高信噪比会使频率特性变差。
本文设计了一种新型实用光信号检测电路，在提高信噪比的同时还具有良好的频率特性。
图1 光电导模式Fig.1 Photoconductionmode1 微弱光检测电路的设计一个典型光电二极管是由结电容、寄生电阻和一个光生电流源构成。
根据PN结理论，增大光电二极管的反偏电压会拉长PN结的耗尽层，使结电容变小。
当没有光信号输入时，由于偏置电压和寄生电阻作用的结果，仍会产生一定的电流，这个电流称为光电二极管的“暗电流”。
根据光电二极管的上述特性，派生出两种使用模式，第一种是光电压模式。
微弱信号检测实验报告
微弱信号检测实验报告微弱信号检测实验报告引言在科学研究和工程应用中，微弱信号的检测是一项具有重要意义的任务。
微弱信号的检测可以帮助我们探测宇宙中的奥秘、改善通信系统的性能、提高医学影像的分辨率等。
本实验旨在探索微弱信号检测的原理和方法，并通过实验验证其可行性。
实验装置本实验使用了一套精密的实验装置，包括信号源、放大器、滤波器、检测器和示波器等。
信号源产生微弱信号，放大器将信号放大到可以被检测器检测的范围内，滤波器用于去除噪声和干扰，检测器将信号转换为电压信号，示波器用于显示信号的波形和幅值。
实验步骤1. 首先，将信号源连接到放大器的输入端，并将放大器的输出端连接到滤波器的输入端。
2. 调节信号源的频率和幅值，使其产生一个微弱的正弦信号。
3. 调节放大器的增益，使信号的幅值适合检测器的输入范围。
4. 将滤波器的输出端连接到检测器的输入端。
5. 调节检测器的灵敏度，使其能够检测到微弱信号。
6. 将检测器的输出端连接到示波器的输入端。
7. 调节示波器的触发模式和时间基准，使其能够显示信号的波形和幅值。
实验结果经过一系列的调节和优化，我们成功地检测到了微弱信号，并通过示波器观察到了信号的波形和幅值。
实验结果表明，我们设计的实验装置能够有效地检测微弱信号，并具有较高的灵敏度和准确性。
讨论与分析在实验过程中，我们发现调节放大器的增益是关键步骤之一。
如果增益过低，信号将被放大得不够，无法被检测器检测到；如果增益过高，放大器可能会引入噪声和干扰，影响信号的检测结果。
因此，需要根据实际情况选择适当的增益值。
另外，滤波器的选择和调节也对信号的检测结果有重要影响。
滤波器可以去除噪声和干扰，提高信号与噪声的信噪比。
在实验中，我们使用了带通滤波器，将信号源产生的特定频率范围内的信号通过，而去除其他频率的信号。
这样可以有效地提高信号的检测灵敏度。
此外，检测器的灵敏度也是影响信号检测结果的重要因素。
较高的灵敏度意味着检测器能够检测到较小幅值的信号，但也可能引入更多的噪声。
单光子计数实验报告
单光子计数实验报告一、实验目的1.了解单光子计数工作原理。
了解单光子计数器的主要功能，掌握其基本操作方法。
2.了解用单光子计数系统检验微弱光信号的方法。
二、实验原理1.光子流量和光流强度光是有光子组成的光子流，单个光子的能量ε与光波频率ν的关系是ε=hν=hc/λ (1）式中c是真空中的光速，h是普朗克常数，λ是波长。
光子流量可用单位时间内通过的光子数R表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。
单色光的光功率P与光子流量R的关系是：P=Rε(2）如果光源发出的是波长为630nm的近单色光，可以计算出一个光子的能量ε为Ε=3.13×10-19J当光功率为10-16W时，这种近单色光的光子流量为R=3.19×102s-1当光流强度小于10-16W时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到一毫秒内不到一个，光子，因此实验中要完成的将是对单个光子进行检测，进而得出弱光的光流强度，这就是单光子计数。
2.测量弱光时光电倍增管的输出特性当光子入射到光电倍增管的光阴极上时，光阴极吸收光子后将发射出一些光子，光阴极产生的光电子数与入射到阴极上的光子数之比成为量子效率。
大多数材料的量子效率都在30%以下。
在弱光下广电倍增管输出的光电子脉冲基本上不重叠，所以光子计数实际上是将光电子产生的脉冲逐个记录下来的一种探测技术。
当然，从统计意义上说也是单光子基数。
当光强降到10-16W左右时，尽管光信号是有一连续发光的光源发出的，而光电倍增管输出的信号却是一个一个分离的尖脉冲，光子流量与这些脉冲的平均计数率成正比。
只要用计数的方法测出单位时间内的光电子脉冲数，就相当于检测了光的强度。
3.单光电子峰将光电倍增管的阳极输出脉冲接到脉冲高度记录器作脉冲高度分布分析，可以得到图像：脉冲幅度大小在V到(V+∆V）之间的脉冲计数率R与脉冲幅度大小V之间的关系。
它与(∆R/∆V）-V曲线有相同的形式，因此，当∆V取值很小时这种幅度分布曲线称为脉冲幅度分布的微分曲线。
微弱光探测及光谱分析实验预习报告
微弱光探测与光谱分析实验1. 平面光栅的分光原理光学多通道分析器原理为平行光束入射到平面光栅G（光栅平面的方位可由精密机械调节）时, 将发生衍射, 衍射时有光栅方程：sin,0,1,2dkk（3.4-1）式中d是光栅常数, λ是入射光波长, k是衍射级次, θ为衍射角。
由光栅方程可知, 当光栅常数d一定时, 不同波长的同一级主最大, 除零级外均不重合, 并且按波长的大小, 自零级开始向左右两侧, 由短波向长波散开。
每一波长的主最大, 在光栅的衍射图样中都是很细、很锐的亮线。
由dsinθ=kλ可知, 级次间距对应cos,/(cos)dd, 当角度θ较小的时, 角度间隔∆θ最小, 当角度θ增加时, 角度间隔∆θ增加。
所以光谱排列并非按角度θ线性分布。
当角度θ较小时可以简化为线性, 即可采用线性定标, 更进一步可以从级数展开的角度采用2次、3次、或4次定标。
2. 谱线定标定标: 是指在相同的衍射级次（一般取第1级次）下, 采集已知谱线, 然后对已知谱线定标, 随即将横坐标由CCD的通道转化为波长；在已定标的波长坐标下, 采集未知的谱线, 可直接通过读取谱线数据、读取坐标数据或寻峰的方式获取未知谱线的波长。
定标和采集未知谱线必须有相同的基础, 那就是起始波长或中心波长。
在本实验中的起始波长或中心波长是一个参考数据, 是通过转动光栅到某一个位置来实现的, 但由于是机械转动, 重复性比较差, 因此需要定定标也是有误差的。
定标使用谱线位置的远近, 以与采用的是几次定标, 都会影响到数据的准确性。
由于CCD的敏感波长为300nm-900nm, 由公式dsinθ=kλ可知, 得θ取值为10.4º~32.7º之间。
我们在测量未知波长时是通过已知的两个或多个（本实验仪器最多允许选择5个已知波长做四次定标）波长定标。
定标涉与到以下的问题:（1）参考波长是否可靠（2）参考波长就是光谱采集系统显示的中心波长或起始波长, 该参数既然是参考波长, 一般就有误差, 不准确, 差10nm左右都不会对测量结果带来影响。
用单光子计数器检测微弱光
项目四用单光子计数器检测微弱光I、项目简介光子计数也就是光电子计数,是微弱光(低于10-14W信号探测中的一种新技术。
它可以探测弱到光能量以单光子到达时的能量。
目前已被广泛应用于喇曼散射探测、医学、生物学、物理学等许多领域里微弱光现象的研究。
[项目对象]本项目可面向理、工、农、林各专业。
[项目目的]1、介绍微弱光的检测技术,使学生了解SGD-1实验系统的构成原理;2、了解单光子计数的基本原理、基本实验技术和弱光检测中的一些主要问题以及了解微弱光的概率分布规律。
[项目任务]使用SGD-1型单光子计数器实验系统检测微弱光,观察不同强度的光线入射时光电倍增管的输出波形分布并推算出相应的光功率。
[项目成果要求]最后以项目论文形式给出结论(注:论文中需包含检测所得的图像。
II、实验讲义单光子计数也就是单光电子计数,是微弱光(低于10-14W信号探测中的一种新技术。
它可以探测弱到光能量以单光子到达时的能量。
目前已被广泛应用于喇曼散射探测、医学、生物学、物理学等许多领域里微弱光现象的研究。
单光子计数方法,是利用弱光照射下光电倍增管输出电流信号自然离散化的特征,采用了脉冲高度甄别技术和数字计数技术。
与模拟检测技术相比有以下优点:1、测量结果受光电倍增管的漂移、系统增益的变化及其它不稳定因素影响较小。
2、基本上消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增级的热发射噪声的影响,提高了测量结果的信噪比。
可望达到由光发射的统计涨落性质所限制的信噪比值。
3、有比较宽的线性动态范围。
4、光子计数输出是数字信号,适合与计算机接口作数字数据处理。
所以采用光子计数技术,可以把淹没在背景噪声中的微弱光信息提取出来。
目前一般光子计数器的探测灵敏度优于10-17W,这是其它探测方法所不能比拟的。
一、项目任务使用SGD-1型单光子计数器实验系统检测微弱光,观察不同强度的光线入射时光电倍增管的输出波形分布并推算出相应的光功率。
二、仪器介绍本实验使用的是SGD-1型单光子计数器。
生物物料超微弱发光实验
生物物料超微弱发光实验work Information Technology Company.2020YEAR实验报告课程名称： 生物物料学 指导老师：___叶盛_ ___成绩：__________________ 实验名称：生物物料超微弱发光实验 实验类型：操作性实验___同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求：（1）初步了解生物物料超微弱发光检测的试验原理；（2）培养学生有关生物物料的微弱发光检测实验技术的设计能力；（3）培养学生掌握有关生物物料的超微弱发光检测的实验方法；（4）测定稻谷的微弱发光特性。
二、实验内容和原理：利用生物机体产生的微弱光子辐射，即超微弱发光特性。
生物发光是光生物中唯一与其它由光产生的生物效应相反的过程，即由代谢反应而引起的发光。
生物的发光现象可分为三种：①由生物体内专门的体系发出的光称为“功能化学发光”。
如萤火虫、发光细菌等生物的发光，属于特异发光酶系催化的结果，量子效率极高，发光强度可达1010hv/(s.cm ２)，光谱范围窄；②受辐射诱导的光诱导发光，又称为荧光，是光照射生物后，生物体向外辐射发光，这类专业：_ 生工1102_____姓名：__ _邵建智 学号：__ 3110100122 __发光强度衰减变化快，且辐射光的波长比照射光的波长要长，如叶绿体的光照射发光；③与生物体内代谢或破坏过程相联系的超微弱发光，简称超弱发光(Ultraweak or Superweak Bioluminescence UBL)，这种光是一种极其微弱的低水平化学发光，发光强度仅为100－10３hv/(s.cm２)，波长范围为180～800nm。
光虽然很弱，但许多实验表明这种发光现象与生物系统内的氧化代谢、细胞分裂、能量转移、光合作用、代谢活性等过程有着内在联系。
光的性质实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解并掌握光的反射、折射、衍射和偏振等基本性质；2. 通过实验观察光的传播规律，加深对光性质的理解；3. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理1. 反射：当光线从一种介质射向另一种介质时，部分光线会被反射回来，反射角等于入射角；2. 折射：当光线从一种介质斜射入另一种介质时，光线会发生折射，折射角小于入射角；3. 衍射：当光波遇到障碍物或孔径时，会发生衍射现象，形成衍射图样；4. 偏振：自然光经过偏振器后，光波振动方向变得有规律，形成线偏振光。
三、实验器材1. 平面镜；2. 激光笔；3. 透明玻璃砖；4. 白纸；5. 量角器；6. 大头针；7. 偏振片；8. 1/4波片；9. 激光功率计；10. 白纸。
四、实验步骤1. 反射实验：（1）将平面镜垂直放置在白纸上，用铅笔描出镜面位置；（2）用激光笔斜射向平面镜，在激光与镜面接触点用铅笔画出入射点；（3）在入射光线和反射光线上各画一个点，取走平面镜和激光笔；（4）根据两点确定一条直线，描出入射光线和反射光线；（5）用量角器量出入射角和反射角，验证反射定律。
2. 折射实验：（1）将透明玻璃砖放在白纸上，画出玻璃砖的位置；（2）用激光笔斜射向玻璃砖，观察光线在玻璃砖中的传播路径；（3）改变入射角度，观察折射现象；（4）测量入射角和折射角，验证折射定律。
3. 衍射实验：（1）将激光笔照射在单缝上，观察衍射图样；（2）改变单缝宽度，观察衍射图样变化；（3）观察衍射图样与单缝宽度的关系。
4. 偏振实验：（1）将激光器发出的光通过偏振片，观察透射光的强度变化；（2）将1/4波片插入偏振片与检偏器之间，观察透射光的强度变化；（3）改变偏振片与1/4波片之间的夹角，观察透射光的强度变化，验证马吕斯定律。
五、实验结果与分析1. 反射实验：实验结果显示，入射角等于反射角，验证了反射定律。
2. 折射实验：实验结果显示，入射角大于折射角，验证了折射定律。
微弱光信号检测实验设计
微弱光信号的检测对微弱或者极弱光的检测，在科学研究与军事等领域有着广泛的应用。
微弱光信号的检测、方法也是多种多样，但常用的方法由于灵敏度有限，难以满足要求。
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。
它主要利用电子技术来对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。
其原理是通过光电探测器件将光学信息量变换成电信号，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。
该方法利用高性能运放来设计检测电路，因而具有精度高、稳定性好等优点。
本检测系统的设计由光电二极管、前置放大电路、 滤波电路、主放大电路、A/D 转换电路，控制和信号处理电路等组成，其结构框图如图1所示图11. 电路基本原理用光电二极管组成的光电检测电路，实际上是一个光→电流→电光电二极管 光信号前值放大电路 光电二极管主放大电路 A/D 转换 控制处理器 上位机压的变换器。
首先由光电二极管将接收的光信号变成与之成比例的微弱电流信号，再通过运放和反馈电阻组成的放大器变换成电压信号。
其基本电路如图2所示。
图2 光电流-电压转换电路假定运放为理想的运放，其输入电阻和放大倍数都为无穷大，则输出电压为U0=I P R。
理论上，系统的输出电压U0的值与输入电流I P 成线性关系，灵敏度由反馈电阻R确定。
而实际应用中，由于要受到运放失调电压V od与偏置电流I b的影响，其输出电压总要产生误差。
误差电压一般为：U0=V od(1+RR d)+I b R其中R d为光电二极管的结电阻。
由此式中可以看出，当运放的失调电压与偏置电流都较小时，输出电压误差也较小。
因此，选择运放时，应选择性能参数都符合要求的运放。
木设计选择AD795KN作为前置放大器。
2.检测电路设计光电二极管所接收到的信号一般都非常微弱，而且输出的信号往往被深埋在噪声之中。
因此，对这样的微弱信号一般都要先进行放大、滤波，然后通过模数转换将信号传输给后续处理器电路。
微弱信号检测
微弱信号检测电路实验报告课程名称: 微弱信号检测电路专业名称：电子与通信工程＿＿＿年级：＿＿＿＿＿＿＿学生姓名：＿＿＿＿＿＿学号:＿＿＿＿＿任课教师：＿＿＿＿＿＿＿微弱信号检测装置摘要：本系统是基于锁相放大器的微弱信号检测装置,用来检测在强噪声背景下，识别出已知频率的微弱正弦波信号，并将其放大.该系统由加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路组成。
其中加法器和纯电阻分压网络生成微小信号,微弱信号检测电路完成微小信号的检测.本系统是以相敏检波器为核心，将参考信号经过移相器后，接着通过比较器产生方波去驱动开关乘法器CD4066,最后通过低通滤波器输出直流信号检测出微弱信号。
经最终的测试，本系统能较好地完成微小信号的检测。
关键词：微弱信号检测锁相放大器相敏检测强噪声1系统设计1。
1设计要求设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值。
整个系统的示意图如图1所示。
正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替.噪声源采用给定的标准噪声（wav文件)来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制.图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。
图1 微弱信号检测装置示意（1)基本要求①噪声源输出V N的均方根电压值固定为1V±0.1V；加法器的输出V C =V S+V N，带宽大于1MHz;纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。
②微弱信号检测电路的输入阻抗R i≥1 MΩ。
③当输入正弦波信号V S 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时,检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
（2）发挥部分①当输入正弦波信号V S 的幅度峰峰值在20mV ～2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。
②扩展被测信号V S的频率范围，当信号的频率在500Hz ～2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过5%。
2019年微弱信号检测实验报告
微弱信号检测实验报告软正交矢量型LIA在微弱信号检测中的应用摘要:本文利用软件相移技术得到相互正交的参考正弦波信号;通过互相关算法，完成了软正交矢量型LIA相关器的具体实现;利用该方法实现了对微弱信号幅值和相位的检测，有效地抑制干扰，减少了硬件电路成本。
通过Matlab仿真，验证了该算法具有一定的优越性。
关键词:软件相移;正交;互相关一、互相关原理设混有随机噪声的信号:stxtntAtnt()()()sin()(),，,，，，,,,其中:为有用信号且其重复周期或频率已知，为随机噪声信号; xt()nt()参考信号为:'， ytBt()sin(),，,,ytBt()cos(),，,,':90且yt()和相位差为。
yt()则有:T11 (1) RstyttAB,,,(0)()()dcos()xy,0T2T112 (2) RytyttB,,(0)()()dyy,0T2T11'RstyttAB,,, (3) (0)()()dsin()',xy0T2求解式(1)式(2)和式(3)可以得到:BR,2(0) (4) yyR(0)'yy,, (5) arctanR(0)sy2(0)RsyA, (6) Bcos(),由上可见，利用互相关原理可以测得被测信号的幅值和相位。
同时，因为信号要经过A/D采集卡才能存储到计算机中，所以得到的是检测信号序列和sk()参考序列，即将上述互相关运算公式离散化，得: yk()N1 (7) Rskyk(0)()(),,syNk,1N1 (8) Rykyk(0)()(),,yyNk,1N1' (9) Rskyk,(0)()()',syNk,1依旧可以使用式(4)(5)(6)计算求的被测信号的幅值和相位。
二、软正交矢量型LIA的原理及实现2.1正交矢量型LIA原理正交矢量LIA(双通道相关解调器)的原理如图1所示:LPFI调x(t)制器LPFQ90? 振荡器图1 双通道相关解调器原理图KUUKUUsrsr其中,cos(),，。
微弱光测试实验
微弱光测试实验系统GCUL-B实验指导书(V1.0)武汉光驰科技有限公司WUHAN GUANGCHI TECHNOLOGY CO.,LTD目录第一章微弱光测试实验仪说明 (3)一、产品介绍： (3)二、面板说明： (3)第二章实验指南 ................................... - 5 -一、实验目的 (5)二、实验内容 (5)三、实验仪器 (5)四、注意事项 (5)五、实验操作 (5)1、低噪声放大器应用实验 (5)2、普通光电二极管测量微弱光原理实验 (9)3、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验 (9)4、光电倍增管测量微弱光原理实验 (9)第一章微弱光测试实验仪说明一、产品介绍：目前，随着生物医学、空间探测以及环境辐射检测技术的发展，对微弱光的检测要求越来越高。
微弱光的检测对探测器和相对应的处理电路都有特定的要求。
本实验系统通过对使用不同光电探测器对微弱光信号进行检测对比，了解探测器对微弱光信号探测的影响。
同时通过对微弱光信号探测处理电路的深入研究，进一步掌握微弱光测试系统的原理及应用方法。
二、面板说明：前面板如下图所示：面板上表头显示值为探测器（雪崩光电二极管APD、光电二极管和光电倍增管PMT）输出电流经过内部电流电压变换后输出的电压值。
RP1、RP2 、RP3 、RP4和补偿调节旋钮用来补偿仪器内部电流电压变换芯片的失调电流而设置，有余仪器本身已经使用低失调电流、高输入阻抗的高性能芯片，所以这些旋钮作用可以忽略不计。
增益调节旋钮分4档，各档增益系数为X4档：1K；X3档：10K；X2档：100K；X1档：1M。
根据各档系数电阻值可以计算出探测器输出电流I=表头显示电压/增益系数。
直流/频率切换开关为光源驱动模式切换开关，当开关拨到频率档时，光源输出为脉冲光，输出脉冲宽度通过频率调节旋钮调节。
当开关拨到直流档时，光源输出为静态，输出光强通过光照度调节旋钮进行调节。
微弱光测定
微弱光测定
土屋裕;江涛
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】1991(000)006
【总页数】7页(P10-16)
【作者】土屋裕;江涛
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN223
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GDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称___________________________ 课程名称_____________________ 课程号 _______ 学院（系）_________________ 专业___________________________ 班级________________ 学生姓名_____________ 学号_____________ 实验地点___________ 实验日期__________微弱光实验一、实验目的1、了解不同探测器对微弱光探测处理的原理及方法2、了解低噪声放大器的内部原理及应用原则二、实验内容1、普通光电二极管测量微弱光原理实验2、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验3、光电倍增管测量微弱光原理实验4、低噪声放大器应用实验三、实验仪器1、微弱光测试实验仪1台2、光源组件1套3、光电二极管组件1套4、APD光电二极管组件1套5、光电倍增管组件1套6、衰减片组件系统1套7、连接线若干8电源线1根四、注意事项1、连接电路时，保证电路未通电。
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3、不要用强光持续照射光电倍增管，特别是在高压下，否则容易使倍增管老化五、实验操作GDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称 __________________________ 课程名称 _____________________ 课程号 _______ 学院（系） _________________ 专业 ___________________________ 班级 ________________ 学生姓名 ____________ 学号 _____________ 实验地点 ___________ 实验日期 __________ 1、低噪声放大器应用实验一个光电探测系统是由光学变换、光电探测器和后续电路处理系统组成，一般光电 探测器需连结多级放大器，我们称第一级放大器为前置放大器，对于一个由 n 个放大器 级连成的放大系统，其噪声特性可由弗里斯（Friis ）公式表达：式中NF 为系统的总噪声系数；F l为第一级放大器的噪声系数；F n 为第n 级放大器 的噪声系数；k p 为第一级功率增益，k p n 为第n 级功率增益。
由上式可以看出，多级放大器噪声系数的大小，主要取决于第一级放大器的噪声系 数。
为了使多级放大器的噪声系数减小应尽量减小第一级的噪声系数，同时提高第一级 的功率增益k pi ，这是指导我们设计低噪声放大器的一个重要原则。
此外，还需考虑放大 器的频率特性，动态范围，信号源阻抗等要求。
所以具体电路因系统不同而异。
从低噪 声要求出发应考虑如下几点：1） 选择内部噪声低，信号源电阻合适的管子 前置放大器可由晶体管、结型场效应 管、绝缘栅场效应管和集成电路组成。
晶体管适合于信号源电阻在几十欧姆至一兆欧姆 范围内；结型场效应管适合于较高的源电阻；绝缘栅场效应管可工作于更高的信号源电 阻情况，但因其1/ f 噪声较大，所以用得较少，只有在高阻状态才用。
2） 应选择优质电阻、电容 低噪声放大器除了放大管自身噪声低以外， 还需要电阻、 电容的噪声也很低，因电阻自身都存在固有的热噪声，热噪声电压的均方值为/ =4k TR f（ 5.1.2 ）式中，k 为玻耳兹曼常数（1.38 X 10-23/J/K ） ； R 为电阻阻值；T 为电阻的绝对温 度；「讦为测量系统的通频带宽度。
除此以外，电阻还产生与电阻品质有关的电流噪声 （也 称过剩噪声）。
电流噪声的均方电压为(5.1.3 )成绩 _______________ 指导教师 _________________________ 日期 __________________页，共F3-1 … & -1k p 1 k p 2k p 1k p 2k p n(5.1.1)k k k,实验名称___________________________ 课程名称____________________ 课程号________ 学院（系）________________ 专业___________________________ 班级________________ 学生姓名_____________ 学号 _____________ 实验地点___________ 实验日期 __________式中，K是与材料工艺有关的常数i de是流过电阻的直流电流，f是频率；R是电阻阻值。
这种噪声有与频率成反比、与所加直流电流i de的平方成正比的特性。
这种噪声的大小与生产过程有密切关系。
通常合成碳质电阻噪声最大；金属膜电阻噪声比较小；精密金属膜电阻噪声更小；线绕电阻噪声最小（但体积较大）。
所以，最常用的是金属膜电阻。
3）有良好的电磁屏蔽措施因为前置放大器输入信号很弱，外界干扰相对来说显得很强，它们可通过分布电容或磁场耦合把干扰引入放大器，所以，用金属壳把放大器包围起来，并使金属壳接地就能很好地屏蔽外界电场干扰。
屏蔽壳除了屏蔽外界电场干扰外，同时也屏蔽外界磁场干扰。
此外，放大器的信号输入线应尽可能短且采用屏蔽线。
采用晶体管或结型场效应管组成的低噪声集成运算放大器其体积小、使用方便，在噪声要求不很高的情况下，用它组装的前置放大器是方便易得的。
本实验就采用低噪声集成运算放大器组装前置放大器进行实验。
从课程学习中已经知道：放大器的噪声模型是由无噪声的理想放大器输入端等效噪声电压源E n和等效噪声电流源I n值。
而信号源是由信号源电阻尺、信号电压V s和噪声均方根电压组成。
般低噪声集成运算放大器都给出E n和I n值。
由此可得最佳源电阻R sop1n也可得到等效输入噪声电压E2=V 2+ E2+ I 2R2in n n s和最小噪声系数E2+「2R2F -1 n ns mi n4kTR°p f （5.1.4）（5.1.5）实验名称 ___________________________ 课程名称 ____________________ 课程号 ________ 学院（系） ________________ 专业 ___________________________ 班级 ________________ 学生姓名 _____________ 学号 _____________ 实验地点 ___________ 实验日期 __________但是，一般£・和I n 都给出1H 带宽中的值，所以最小噪声系数也定义在1Hz 带宽中, 即2 2 2匚1enI n R s Fmin — 1 '4kTR sop取对数值（dB ）得NF =10 log F有的集成运算放大器给出I n 、E n值，也有的给出NF 值。
本实验仪器使用的探测器输出的都是微弱电流信号， 故前级设计为低噪声微弱电流/电压GDOU-B-11-112(5.1.7)(5.1.8)学生姓名_____________ 学号 _____________ 实验地点___________ 实验日期 __________ 电流/电压变换电路为降低由于输入偏置电流产生的漂移，应对不同量程的偏置电流进行转换，响应频率岁反馈电阻R3-R6而变，电阻大小由输入的直流电流确定。
电路中，在反向输入端输入电流，通过反馈电阻把电流转换为电压，输出电压Uo=-li*Rf （Ii为探测器输出电流，Rf为R3-R6中一个电阻）。
因此可确定响应的输入电流转换的电压U Q要使用驱动电流小的运放，驱动电流引起的漂移电压可采用同向输入抵消。
电路中量程选择开关J2对应机箱面板上增益调节选择开关，漂移补偿选择开关J3对应机箱面板上补偿调节选择开关，补偿调节电位器Rp2-Rp5对应机箱面板RP1-RP4打开主机箱电源，选择不同增益档位和对应补偿调节档位，调节补偿调节电位器，观察表头显示，根据原理图分析显示结果。
增益档位系数分别为X4 档：1K; X3档：10K; X2 档：100K X1 档：1M2、普通光电二极管测量微弱光原理实验图5.2.1 电路框图本实验仪电路框图如图5.2.1 01、将光电二极管组件接入机箱后航空插座接口，机箱内已经为二极管提供直流偏压。
2、光源和光电二极管组件对接。
3、光源对应接入机箱后红、黑护套插座。
4、打开电源开关。
调节光强，观察主机箱显示值，单位为MV5、观测不同光强对应不同的档位情况。
6、观测调制光输出。
7、实验完成后关闭电源GDOU-B-11-112学生姓名 ____________ 学号_____________ 实验地点___________ 实验日期__________ 3、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验1、将雪崩光电二极管组件接入机箱后航空插座接口，机箱内已经为二极管提供直流偏压。
2、光源和雪崩光电二极管组件对接。
3、光源对应接入机箱后红、黑护套插座。
4、打开电源开关。
调节光强，观察主机箱显示值，单位为MV5、观测不同光强对应不同的档位情况。
6、观测调制光输出。
7、通过观测结果分析与光电二极管的测试性能的异同点。
&实验完成后关闭电源4、光电倍增管测量微弱光原理实验1、将光电倍增管组件接入机箱后对应BN（接口。
2、光源和衰减片及光电倍增管管组件对接。
3、光源对应接入机箱后红、黑护套插座。
4、打开电源开关。
调节光强，观察主机箱显示值，单位为MV5、观测不同光强对应不同的档位情况。
6、通过不同衰减片进行组合的到不同强度的微弱光对结果进行观测。
7、观测调制光输出。
7、通过观测结果分析与光电二极管、雪崩光电二极管的测试性能的异同点。
&实验完成后关闭电源GDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称___________________________ 课程名称 ____________________ 课程号________ 学院（系）________________ 专业___________________________ 班级________________ 学生姓名_____________ 学号 _____________ 实验地点___________ 实验日期 __________六、试验数据处理微弱光信号测定光电倍増管x2电压（nV）X3电压(mv)光源电流曲R1R2R3R4R1R2R3012. 311. 6-25. 6 3.43-34.10+11110. 7-26. 5 3. 2 2.8-33. 90. 210. 29. 8-27. 2 3.2 2. S-33.7①3109. 6-26. 9 3. 2 2.9-33. 30. 410. 29. 9-26. 2 3. 2 2.9-33.1CL 59. 89. 6-施2 3. 2N9-32. 90. 610,2負8-25. 7 3. 2 2.9-32. 90. 1109. 5-26. 3 3. 2 2.9-32.70. S9. 79. 5-26.1 3. 2 2.9-32. 50. 910.2汛5-25. 7 3.2 2.9-32.3110. 19. 7-25. 4 3. 2 2.9-32.11. 110. 810. 6-24. 4 3.33-31. 9 1 L 210.810. 5-24. 3 3. 43-31. 71. 310. 710. 4-24. 2 3.33-31.5I L 410.810. 4-24 3. 33-31. 21. 510. 710. 3-23. 3 3. 33-30. 91. 610.810. 5-23. 4 3. 33-30.71. 710,810, 7-23 3. 43-30. 41. S10.710. 4-22.93.33-30. 21. 910.910, 5-22, 9 3. 33-30.1210.510. 1-22* 8 3.33-29. 9GDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称 课程名称课程号 学院（系） 专业班级学生姓名学号实验地点 实验日期成绩指导教师 日期第页，共页光电二极管X3X4_电谍_R1 R2 R2 R4R1 R2 R2 R42.6 2 5 -8.22.8 2.7 -7.8 0, 1 2. 6 2. 5 -8. 12.S 2. 7 -7.90.2 2.6 2 5 -82.8 2.7 -7.8,0,32. 5 2. 4 -22.2 2, 7 -7_70. 4 2 5 2.4 -7・92.8 2.7 -7.70,5 2. 5 2. 4-7.92.22, 7 -7.6Q. & 2 5 2 4-L8么呂2.7 -入50. 7 2. 4 2. 3 -7.82.S 2. 7 -7_40. 3 2. 4 2 3 -7.62.8 2 7 -7.30. §2.3 2.2 -7.62.2 2.7 -7.21Z 3 2. 2 -7.52.S 2+ 7 -7「1. 12.3 2.2 -7.52.8 2.7 -7L Z Z 2 2. 2 -7.42.22+ 7 -6. 9| 1.32.2 2.2 -7.32.72.7 -6.3L 4 Z 2 2. 1 -7.42.72+ 7 -6・71. 52. 1 2. 1 -7.42.7 2.6 -6.7L 5 £ 1 2 -L22. 7 2+ 6 - 6.61. 72. 1 2 -7.22.72. 7 -6- 6L 82 12 -7.22.716 -6.51. 922 -7.22. 7 2. 6 -6. 522L9-?<!2.72.?-6.3GDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称___________________________ 课程名称 ____________________ 课程号________ 学院（系）________________ 专业___________________________ 班级________________ 学生姓名_____________ 学号 _____________ 实验地点___________ 实验日期 __________currency:mAGDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称 课程名称课程号 学院（系） 专业班级学生姓名学号实验地点实验日期成绩指导教师 日期第页，共页oi --------------------- • -------------------- 1 ------------------- 1 ---------------------------------------0.0 0.5 1.0 1.5 2.0currency: mAphotomultiplier-tube-x3-curve3010GD0U-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称 课程名称 课程号学院（系） 专业 班级 学生姓名学号实验地点实验日期日期第页，共页成绩 _______________ 指导教师6 5 4 3>s-5a —aphotodiode-x3<urveGDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表）实验名称课程名称课程号学院（系）专业班级学生姓名学号实验地点实验日期成绩指导教师日期第页，共页。