微光信号检测系统
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术及其改进思考
光电系统微弱信号检测技术是利用光学和电子技术相结合，对微弱信号进行精确测量和分析的一种技术。
它广泛应用于光电通信、光谱分析、光学成像等领域。
在光电系统微弱信号检测技术中，主要涉及以下几个方面的改进思考：
1. 提高光敏元件的灵敏度：可以通过改进光敏元件的结构设计，优化电荷转移效率、增加光电流增益等手段，使光敏元件对微弱信号的检测能力得到提升。
2. 降低噪声干扰：噪声是检测微弱信号时的主要干扰源。
可以通过优化光电系统的电路设计、选择低噪声元件、采用滤波技术等方法，降低噪声对微弱信号的影响。
3. 加强光学系统的效率：光学系统的效率直接影响到微弱信号的传输和接收。
可以通过改进光源的亮度、提高光学器件的透过率和反射率等手段，提高光学系统的效率，从而提升微弱信号的检测灵敏度。
4. 开发新的信号处理算法：传统的信号处理算法可能无法有效处理微弱信号的特点，可以考虑开发新的信号处理算法，针对微弱信号的特点进行优化，提高检测的准确性和可靠性。
总而言之，光电系统微弱信号检测技术的改进思考包括提高光敏元件的灵敏度、降低噪声干扰、加强光学系统的效率以及开发新的信号处理算法等方面。
这些改进措施的综合应用有助于提升微弱信号检测技术的性能和可靠性。
微光信号探测对准技术
关键 词 ： 光 电信号 ； 测 ；光纤 耦合 ； 准 ； 刻设 备 微 探 对 光
中图分 类 号 ： Ｎ３ ５７ Ｔ ０．
文献 标识 码 ： Ａ
文 章编 号 ： ０ ４４ ０ （０ ６ 一０ ７０ １０ —５ ７ ２ ０ ）０ ０ —６
Ｔｈ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏ ｅ ｋ Ｐｈ ｔ ｅ ｅ ｔ ｉｉ ｇ ｌＤｅ ｅ ｔｏ ｅ Ａｌｇ ｍ ｎｔＴｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆＷ ａ ｏ ｏ ｌ ｃ ｒｃｔＳｉ ｎａ ｔ ｃ ｉ ｎ
光 电测 量 手段 来 完 成 ， 因为 光 刻 过 程 中 ， 记 图形 标
深度 大 约在 １０ｎ ｌ ０砌 左 右 ， 上 照 明光 源 的 ５ ｎ ±３ 加 局 限性 等 因素 造 成成 像 光 强度 很 弱 ， 规 测 量方 法 常
很 难 捕捉 到 正 确 的信 号 ， 实 际 应用 中采 用分 级 次 在
凡 确 定 ， 中 Ａ是 相 干光 的波 长 ， Ａ 其 Ｐ是 光栅 间距 ， 当 凡是 整数 时， 便 是各 级衍 射 相干 光 的角 度 。 由 公式 可 知 当选 取 ７级衍 射光 时 ０ ＝１ 。 图 ｌ中绘 ６。 出 了±７ 衍射 相干 简 图， 级衍 射相干 亮 点 在焦 面 级 各 上位置 由公式 Ｌ＝厂 ｔ０ ・ ｇ 确定 ， 是衍射 物镜 的焦 距 。 厂
机 处 理 技 术 、 工制 造 业 的发 展 ， 得 光 电检 测 进 加 使
入 一个 新 的 阶段 ， 不 仅 可 以完 成 人 的视 觉触 及 区 它
微光光 电信 号探测和处理技术进行对准性能的实现 。
域 的 图像 测 量 ， 且对 于 人眼 无 法 涉及 的红 外和 紫 而
外 波段 的 图像 测 量 也变 成 了现 实 ， 而把 光 学测 量 从 的主 观 性 （ 人 眼瞄 准 和 测 量 ） 展 成 客 观 的光 电 靠 发 图像测 量 。 当前 工程 领域 测 量精 度 达到 ０ １ 激光 超 ．（ 外 差干 涉 仪 ） ．ｌ （ 光干 涉 仪 ） 加 工 精 度 已 ～００ 砌 Ｘ ，
DN-501型微弱信号检测综合装置
DN-501型微弱信号检测综合装置编写：孙士平审核：武洪涛一、设备名称：DN-501型微弱信号检测综合装置二、型号/规格：DN-501三、生产厂家：南京大学微弱信号检测技术开发研究中心四、操作面板：五、功能说明：本实验综合装置的特点是：由十多个单元实验盒和几个配有电源的插入式机箱组成。
通过组合，能开设十多个微弱信号检测的教学实验。
通过不同的实验部件盒组合，可以排出不同的实验或组成不同类型的微弱信号检测仪器。
能方便、经济地排出学生要掌握的微弱信号检测技术的基本实验。
同时也可以用这些组件构成一个完整的锁定放大器、同步积分器和多点信号平均器，等等。
1.1仪器的配套性：（如表一所示）表一：仪器的配套性仪器实验盒 A 组合 B 组合（1）、相关器（PSD+低通滤波器）实验盒 1 件 2 件 （2）、宽频带相移电路实验盒 1 件 1 件 （3）、同步积分器实验盒 1 件 1 件 （4）、多点信号平均器部件实验盒 1 件 1 件 （5）、选频放大器实验盒 1 件 1 件 （6）、多功能信号源实验盒 1 件 2 件 （7）、有源高通、低通滤波器实验盒 1 件 1 件 （8）、低噪声前置放大器实验盒 1 件 1 件 （9）、交流、直流、噪声电压表实验盒 1 件 1 件 （10）、频率计实验盒 1 件 2 件 （11）、跟踪滤波器实验盒 1 件 1 件 （12）、相位测量与指示实验盒 1 件 1 件 （13）、直角坐标分量（V I，V Q）到极坐标分量（V A，Vφ）变换电路实验盒 无 1 件 （14）、综合实验机箱与电源 3 件 4 件2.2仪器的实验功能本实验组合装置配有HB－620型精密衰减器,能开设下列十个实验：（1）、 相关器的研究及其主要参数测量（2）、 同步积分器的研究及其主要参数测量（3）、 多点信号平均器原理实验（4）、 锁定放大器原理实验（需增加HB-602型精密衰减器）（5）、 跟踪滤波器实验（需增加HB-602 型精密衰减器）（6）、 锁定放大器性能测试实验（需增加HB-602型精密衰减器）（7）、 用锁定放大器测量低频点噪声电压的实验（需增加HB-602型精密衰减器）（8）、 锁相电压表原理实验（需增加HB-602型精密衰减器）（9）、 跟踪选频放大器实验（需增加HB-602型精密衰减器）（10）、 选频放大器原理及其性能测试实验六、参数指标（1）、频率范围： 10Hz——10KHz（2）、测试电压范围：1μV——1V（3）、波形：正弦波、方波、三角波（4）、选频Q值：3、30（5）、倍频、分频数：倍频：1——15，分频：1——1/15（6）、抑制噪声能力：≥100倍（7）、抑制不相干能力：≥800倍（8）、前置放大器噪声电压：≤ 5nV/Hz（9）、电压表测量功能：直流、交流、噪声（10）、相位测量范围：0°——360 °说明：因为实验室有A，B两个组合配置的部件不同组合，都配备HB-602型精密衰减器，因此可以排出上述十多个微弱信号检测技术方面的实验。
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)。
微弱信号检测系统模拟前端设计
微弱信号检测系统模拟前端设计摘要：微弱信号检测是一项重要的技术，广泛应用于无线通信、物理实验和医学诊断等领域。
本文介绍了一种微弱信号检测系统模拟前端设计的方法，该方法能够有效提高信号的检测灵敏度和抗干扰能力。
关键词：微弱信号检测、模拟前端、灵敏度、抗干扰引言微弱信号检测是一项技术难度较高的任务，因为微弱信号通常被大量的噪声和干扰所掩盖。
为了提高信号的检测灵敏度和抗干扰能力，需要设计一种高性能的模拟前端。
模拟前端设计在微弱信号检测系统中，模拟前端是信号从传感器到数字处理器之间的关键部分。
模拟前端的主要功能是增益放大和滤波。
为了提高灵敏度，可以采用低噪声放大器来放大微弱信号。
同时，为了抑制噪声和干扰，可以设计合适的滤波器来滤除不需要的频率成分。
在设计模拟前端时，需要考虑信号的频率范围、信号的幅度范围以及噪声和干扰的特性。
根据不同的应用需求，可以选择合适的放大器和滤波器。
例如，对于高频信号的检测，可以采用带通滤波器来选择感兴趣的频率范围；对于低频信号的检测，可以采用低通滤波器来滤除高频噪声。
此外，为了提高抗干扰能力，可以采用差分输入和差分输出的设计。
差分输入可以减小共模干扰的影响，差分输出可以增加输出信号的幅度并减小噪声的影响。
实验结果我们设计了一种微弱信号检测系统模拟前端，并进行了实验验证。
实验结果表明，该设计能够有效提高信号的检测灵敏度和抗干扰能力。
与传统设计相比，该设计在噪声和干扰环境下具有更好的性能。
结论本文介绍了一种微弱信号检测系统模拟前端设计的方法，该方法能够提高信号的检测灵敏度和抗干扰能力。
该设计可以根据不同的应用需求选择合适的放大器和滤波器，并采用差分输入和差分输出的设计来提高抗干扰能力。
实验结果验证了该设计的有效性，为微弱信号检测系统的性能提升提供了一种新的思路。
微弱光信号探测
光电检测技术——微弱光检测一、相关检测原理 (2)1 相关函数 (2)2、相关检测 (3)二、锁定放大器 (6)1、基本原理 (6)2、锁定放大器的主要参数 (8)三、光子计数技术 (10)1、基本原理 (10)2、光子计数器的组成 (13)3、光电倍增管 (14)4、光子计数系统的测量误差 (15)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。
在光电探测系统中，噪声来自信号光、背景光、光电探测器及电子电路。
通常抑制这些光学噪声和干扰的方法是：合理压缩系统视场，在光学系统结构上抑制背景光，加适当光谱滤波器，空间滤波器等以抑制背景光干扰。
合理选择光信号的调制频率，使信号频率远离市电(50Hz)频率和空间高频电磁波频率，偏离l／f噪声为主的区域，以使光电探测系统在工作的波段范围内达到较高的信噪比。
此外，在电子学信号处理系统中采用低噪声放大技术，选取适当的电子滤波器限制系统带宽，以抑制内部噪声及外部干扰。
保证系统的信噪比大大改善，即使信号较微弱时，也能得到S/N>1的结果。
但当信号非常微弱，甚至比噪声小几个数量级或者说信号完全被噪声深深淹没时，再采用上述的办法，就不会有效，必须利用信号和噪声在时间特性方面的差别，也即利用信号和噪声在统计特性上的差别去区分它们，来提取被噪声淹没的极微弱信号，即采用相关检测原理来提取信号。
一、相关检测原理利用信号在时间上相关这一特性，可以把深埋于噪声中的周期信号提取出来，这种摄取方法称为相关检测或相干接收，是微弱信号检测的基础。
信号的相关性用相关函数采描述，它代表线性相关的度量，是随机过程在两个不同时间相关性的一个重要统计参量。
1 相关函数相关函数R xy是度量两个随机过程x(t), y(t)间的相关性函数，定义为（1）式中τ为所考虑时间轴上两点间的时间间隔。
ITMS01智能交通微波检测器产品介绍
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ITMS-01智能交通微波检测器产品介绍南京莱斯信息技术股份有限公司目录1产品简介................................................................................................... 错误!未定义书签。
1.1概述............................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2工作原理....................................................................................... 错误!未定义书签。
2产品特点................................................................................................... 错误!未定义书签。
2.1高准确性....................................................................................... 错误!未定义书签。
2.2高适应性....................................................................................... 错误!未定义书签。
2.3工作模式....................................................................................... 错误!未定义书签。
浅析微弱信号检测装置设计
浅析微弱信号检测装置设计微弱信号检测是许多科学领域和工程领域中的一个重要技术挑战，包括无线通信、雷达、医学诊断和科学研究等领域。
微弱信号检测装置是用来检测和测量微弱信号的设备，它需要具备高灵敏度、低噪声和高分辨率等特性。
本文将对微弱信号检测装置的设计原理和关键技术进行分析和探讨。
一、微弱信号检测装置的原理微弱信号检测装置的设计原理主要是利用信号放大和滤波技术来增强微弱信号的强度，并通过噪声抑制技术来提高信噪比。
一般来说，微弱信号检测装置包括前置放大器、滤波器、增益控制器和信号处理器等部件。
前置放大器是用来放大输入信号的强度，增加信号与噪声的差异，从而提高信噪比。
前置放大器的设计需要考虑到信号的频率范围、输入阻抗和放大倍数等参数。
滤波器则是用来去除输入信号中的杂散噪声和干扰信号，通常采用低通滤波器或带通滤波器来限制输入信号的频率范围。
增益控制器可以根据输入信号的强度来调节放大倍数，以避免过大的信号被过度放大而导致失真。
信号处理器则用来处理放大后的信号，包括采样、滤波、数字转换和数据分析等功能。
1. 低噪声放大器设计低噪声放大器是微弱信号检测装置中的关键部件，它需要具备高增益和低噪声的特性。
要设计一款低噪声放大器，需要考虑到放大器的噪声系数、输入电阻、输出阻抗和带宽等参数。
通常采用低噪声场效应管和双极晶体管来设计低噪声放大器，同时采用差分放大电路来提高信噪比。
还需要考虑到放大器的线性度和稳定性，以确保信号在放大过程中不会失真和漂移。
2. 信号滤波技术信号滤波技术是微弱信号检测装置中的另一个关键技术，它用来去除输入信号中的杂散噪声和干扰信号，从而提高信号的纯度和准确性。
通常采用主动滤波器和被动滤波器来设计信号滤波器，主动滤波器采用放大器和反馈网络来实现滤波功能，被动滤波器则采用电容和电感等元件来实现滤波功能。
还可以采用数字滤波器来进行数字信号处理，用于实现高精度和高分辨率的滤波效果。
3. 低功耗设计微弱信号检测装置通常需要长时间持续工作，因此需要考虑到功耗和热量的控制。
微弱信号检测技术
同步检测法通过将输入信号与参考信号进行相关运算，提取 出目标信号。该方法能够有效地抑制噪声干扰，提高信噪比 。在实际应用中，同步检测法常用于雷达、通信等领域。
滤波器法
总结词
一种利用滤波器对信号进行筛选和处理的微弱信号检测方法。
详细描述
滤波器法通过设计合适的滤波器对输入信号进行筛选和处理，提取出目标信号。该方法具有简单易实 现的特点，适用于多种类型的微弱信号检测。在实际应用中，滤波器法常用于音频、图像等领域。
射级跟踪放大器法
总结词
一种通过调整放大器的增益来跟踪输入信号幅度的微弱信号检测方法。
详细描述
射级跟踪放大器法利用射级反馈电路来调整放大器的增益，使得放大器的输出信 号幅度与输入信号幅度保持一致。该方法能够有效地提高信噪比，降低噪声干扰 。
同步检测法
总结词
一种利用相关技术对信号进行同步检测的微弱信号检测方法 。
环境监测领域
噪声污染检测
在噪声污染控制和环境保护方面，微弱的噪声信号往往代表着环境质量的恶化，微弱信号检测技术能够对这些信 号进行准确的监测和分析，为环境治理提供科学依据。
放射性检测
在核能和核工业领域，放射性物质释放的微弱信号对人类健康和环境安全具有重要影响，微弱信号检测技术能够 实时监测和评估放射性水平，保障公共安全。
微弱信号检测技术的发展历程
基础理论建立
早期的研究主要集中在噪声抑制和放大技术上，为微弱信号检测奠 定了基础。
技术突破
随着电子技术和数字化技术的发展，如放大器技术、数字滤波技术、 相关检测技术等，微弱信号检测的灵敏度和分辨率得到显著提高。
应用拓展
随着微弱信号检测技术的不断发展，其应用领域也在不断扩大，涉及 到众多领域和行业。
微弱信号检测全解
常规检测方法
微弱信号检测 吉时利公司
103
0.1 10-3
0.1
10-5 10-8
10-4
5×10-7 10-6
0.1
10-5
10-5
10-8
10
105
1.2 常见噪声类型
1.2.1 噪声特性
噪声是存在于电路内部的固有的扰动信号， 是一种随机信号，不能预知其精确大小。
1.2.2 噪声测量 测量噪声电压时，测量设备的动态范围必须 大于3倍的被测噪声的有效值。
1.1.6 检测分辨率与检测灵敏度 检测分辨率检测仪器示值可以响应与分辨的 最小输入量的变化值。 检测灵敏度是输出变化量与 引起该变化量的输入变化量的比值。通常灵敏度越高， 分辨率越好。 提高放大倍数可以提高灵敏度，不一 定能提高分辨率，受噪声和误差制约。
检测量 检测方法 电压 /nV 电流 /nA 温度/K 电容 /pF 微量分析 /克分子 SNIR
可用时间平均来计算。
1 x lim T 2T
T
T
x (t )dt
对电压或电流型随机噪声，均值表示其直流分量。
（2）方差 方差反映随机噪声的起伏程度，是随机噪声
瞬时取值与其均值之差的 ] [ x(t ) x ] p( x)dx
微弱信号检测
1
微弱信号检测 与随机噪声
1.1 微弱信号检测概述
1.1.1 微系统
（1）MEMS（ Micro- electro Mechanical 微机电系统 美国 （2）Micro system （3）Micro machine 微系统的发展和应用 监视系统、电子对抗系统、电子战无人机（UAV）、 纳米机器人、隐形技术、武器惯性测量、武器保险/解 保和引爆、平台稳定、个人/运载工具导航、条件基维 护（CBM）、环境感知、大量数据存储、显示等。 微系统 微机器 欧洲 日本 Systems ）
基于MEMS的微弱振动信号检测系统设计
基于MEMS的微弱振动信号检测系统设计随着科技的不断发展，微机电系统（MEMS）在各行各业中扮演着越来越重要的角色。
其中，基于MEMS的微弱振动信号检测系统在实时监测、故障诊断和结构健康监测等领域具有广泛应用前景。
本文将详细介绍基于MEMS的微弱振动信号检测系统的设计原理、关键技术以及应用前景。
一、设计原理基于MEMS的微弱振动信号检测系统的设计原理主要基于振动传感器和信号处理技术。
振动传感器可以将微弱的振动信号转化为电信号，而信号处理技术则能够对这些电信号进行放大、滤波和分析。
二、关键技术1. 振动传感器设计：振动传感器的设计需要考虑到其灵敏度、带宽和信噪比等参数。
MEMS技术可以实现微小尺寸的振动传感器，并具有较高的灵敏度和宽带特性，能够有效检测微弱振动信号。
2. 信号放大与滤波技术：微弱振动信号需要经过放大与滤波才能够被有效提取与分析。
低噪声放大器可以有效提高信号的信噪比，而滤波器则可以滤除掉高频噪声和低频杂波，保留感兴趣频率范围内的振动信号。
3. 数据采集与处理技术：基于MEMS的微弱振动信号检测系统需要实时采集和处理大量数据。
高速采样器和实时处理算法能够快速而准确地处理复杂的振动信号，为后续分析和判断提供支持。
三、应用前景基于MEMS的微弱振动信号检测系统具有广泛的应用前景。
以下列举几个常见领域的应用案例：1. 结构健康监测：该系统可以实时监测建筑物、桥梁、风力发电机等结构物的振动情况，及时检测到结构的变形、破损或故障，进行预警和维护，提高结构的安全性和可靠性。
2. 机械故障诊断：微弱振动信号检测系统可以监测机械设备的振动情况，通过分析振动信号的频谱和特征参数，实时判断机械设备是否存在故障，并提供相应的维修建议，减少设备的停机时间和维修成本。
3. 医学诊断与监护：该系统可以检测人体微弱的生理振动信号，例如心电图、呼吸信号等，通过对这些信号的分析和处理，辅助医生进行疾病诊断和监护，提高医疗水平和效率。
微弱光电信号检测与采集技术研究
微弱光电信号检测与采集技术研究微弱光电信号检测与采集技术研究一、引言光是一种重要的信息载体，存在于自然界和人类活动的方方面面。
然而，许多重要的光源都非常微弱，例如，红外线、荧光、低亮度星光等。
为了更好地实现对这些微弱光信号的检测和采集，微弱光电信号检测与采集技术得到了广泛的研究。
本文将深入探讨微弱光电信号检测与采集技术的研究进展。
二、微弱光电信号检测技术微弱光电信号的检测是一项具有挑战性的任务。
目前，常用的微弱光电信号检测技术主要包括增益放大、光增强技术、超高灵敏度探测器等。
其中，增益放大技术是最常用的一种方法。
通过利用放大器对微弱光信号进行放大，可以提高信噪比，从而更好地检测信号。
光增强技术利用光学器件将微弱光信号转化为明亮图像，以增加信号强度。
超高灵敏度探测器利用其在低光条件下的高灵敏度，可以提高光信号的检测效果。
三、微弱光电信号采集技术微弱光电信号的采集是将检测到的微弱光信号转化为数字信号或模拟信号的过程。
常用的微弱光电信号采集技术主要有模数转换技术、频率调制技术和时间插值技术等。
模数转换技术是将连续的模拟光信号转换为数字信号的过程。
通过提高模数转换器的分辨率和采样速率，可以更准确地采集微弱光信号。
频率调制技术是将微弱光信号的频率调制到可检测范围内，以提高信号强度。
时间插值技术是利用插值算法对微弱光信号进行时间上的插值，从而提高信号采样率和灵敏度。
四、微弱光电信号检测与采集技术的应用微弱光电信号检测与采集技术在许多领域中得到广泛应用。
以生物医学为例，微弱光电信号检测与采集技术在光动力疗法、荧光成像和生物标记等领域中发挥了重要作用。
在光动力疗法中，通过对微弱光信号的检测和采集，可以实现对癌细胞的精确照射，提高治疗效果。
在荧光成像中，微弱光电信号检测与采集技术可以实现对生物组织中的荧光信号的高灵敏度检测，以获得更准确的生物信息。
此外，在生物标记中，微弱光电信号检测与采集技术可以用于快速准确地检测生物标记的存在与浓度。
海水总有机碳现场分析仪微光信号处理系统
Ｄｉ ｍ Ｌｉ ｇ ｈ ｔ Ｓ ｉ ｇ ｎａ ｌ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ０ ｆ
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基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统
基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统近年来，随着科学技术的不断进步，弱光探测技术在许多领域得到了广泛应用，例如医学成像、环境监测、天文观测等。
而基于SiPM（Silicon Photomultiplier）的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统正是近年来在这一领域取得突破性进展的一种重要技术。
SiPM是一种新型的光电探测器，具有高光子探测效率、快速响应、低噪声等优势，因此被广泛应用于弱光探测系统中。
SiPM是一种新兴的光电子器件，由数百到数千个微小的光电二极管联合组成。
每个光电二极管都能够独立地放大光电子信号，并最终将它们相加以获得高灵敏度的整体探测效果。
这种结构使得SiPM具有相对较大的光响应范围和较高的光探测效率，可有效检测到微弱的光信号。
SiPM在弱光探测系统中的应用，主要得益于其在性能上的优势。
首先是高光子探测效率。
传统的光电倍增管（PMT）在探测弱光信号时，需要使用高压电源来实现光电子的倍增效应，这会使得PMT的发射率有所下降。
而SiPM不需要使用高压电源，从而避免了这一问题，同时还具有更高的光子探测效率。
其次是快速响应。
SiPM具有毫米级别的快速信号响应时间，可以迅速对光信号进行检测和响应，适用于需要高速数据采集的应用场景。
SiPM还具有较低的噪声水平和更宽的工作温度范围，使得其在各种复杂环境下均能够有效工作。
基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统在医学成像方面有着广泛的应用前景。
医学成像技术一直是医学研究的重要方向之一，而随着微创手术、肿瘤检测等技术的不断发展，对高灵敏度、大响应范围的弱光探测系统的需求也越来越大。
SiPM的高光子探测效率和快速响应速度，使得它可以有效地用于放射性同位素成像、生物荧光成像等医学成像技术中，为医生提供更为准确、清晰的病灶信息，有助于提高诊断和治疗的精准度。
在环境监测领域，基于SiPM的弱光探测系统也有着广泛的应用前景。
环境监测需要对大气、水质、土壤等环境进行精准、实时的监测，而这些监测对象中有许多微弱的光信号需要检测。
微弱光信号探测APD处理电路设计
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｖ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ（ Ａ Ｐ Ｄ ） ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗ ｅ ａ ｋ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
从 图 ２中可 以看 出 ： Ａ Ｐ Ｄ为核 心器 件 ， Ａ Ｐ Ｄ探 测
器将 接收 到的微弱激 光 回波信 号转换 成 电信 号 ； Ａ Ｐ Ｄ
１ ０
左 侧 为前 期 信号 采集 部 分 ， 依据 Ａ Ｐ Ｄ探测 器 工作 原 理、 自身 特 性及 外 界影 响 因素分 别 设计 了该 部分 电 路； Ａ Ｐ Ｄ右侧 为后 期信 号处 理部分 ， 前 置放 大 电路 用
作者简介 ： 李天浩（ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 辽 宁锦 州人 ， 学 士， 主要研究方 向为光电技 术和光 学设计
光
电
技
术
应
用
第２ ９ 卷
Ａ Ｐ Ｄ的雪 崩增益 ， 又称 倍增 系数 ， 它定 义为
Ｍ ：／ Ｍ／ ／ Ｒ （ １ ）
雪 崩 抑制 电路 和计 时 电路 ， 使 雪 崩 发生 后 迅速 地 切 断雪 崩 ， 并通过 计 时电路重 置偏置 电压 ， 以使 Ａ Ｐ Ｄ恢
近似表示 为
Ａ Ｐ Ｄ相 关处 理 电路 可 以分 为 两 大部 分 ： 前 期 信 号采集 电路 和后 期信 号处 理 电路 。前 期信 号采 集 电 （ ２ ） 路 主要 为 Ａ Ｐ Ｄ在 复 杂 多 变 环境 下 正 常 工 作 提 供 保
障， 使Ａ Ｐ Ｄ处 于最 佳增益 状态 下 ， 以达到探测 微 弱光
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计【摘要】头盔式微光夜视系统是一种新颖的夜视设备，具有广泛的应用前景和市场需求。
本文通过介绍系统原理和技术特点，分析了其性能优势和未来发展趋势。
该系统利用微光增强技术，能够在低光条件下提供清晰的夜视画面，帮助用户实现夜间观察和警戒任务。
其具有小巧轻便、易携带和操作简便等特点，适用于军警、安防、救援和户外探险等领域。
未来，随着技术的不断创新和改进，头盔式微光夜视系统有望在更多领域得到应用，为用户提供更加便捷高效的夜视体验。
这种新型夜视系统具有重要的实用价值和发展前景，值得进一步深入研究和推广。
【关键词】头盔式微光夜视系统，设计，引言，系统原理，技术特点，应用前景，市场需求，性能优势，总结评价，展望未来。
1. 引言1.1 背景介绍头盔式微光夜视系统是一种结合头盔和微光夜视技术的创新产品。
随着科技的不断进步，人们对于夜间观察和战斗中的视觉需求也越来越高。
传统的夜视设备存在着体积大、重量重、使用不便等问题，而头盔式微光夜视系统的出现，为用户提供了更加便捷、轻便的选择。
近年来，随着军事技术和安全防护需求的不断提升，头盔式微光夜视系统逐渐受到了各界的关注。
它可以帮助用户在光线较暗的环境下获取清晰的夜视图像，有效提升了夜间作战的效率和安全性。
头盔式微光夜视系统还可以广泛应用于警务、救援、狩猎等领域，为用户提供更加广泛的使用选择。
研究和设计一种新颖的头盔式微光夜视系统具有重要的现实意义和市场需求。
通过不断创新和优化，头盔式微光夜视系统将会在未来得到更广泛的应用，并为用户带来更多便利和安全。
1.2 研究目的研究目的是为了探索一种新颖的头盔式微光夜视系统设计，以解决传统夜视装备在使用过程中存在的一些问题，如重量过大、体积笨重、视野不够宽广等。
通过研究和设计一种轻巧便捷、视野清晰、高性能的头盔式微光夜视系统，我们希望能够有效提高用户在夜间作战、探险等活动中的视觉能力，为他们提供更加安全和便利的体验。
微弱信号检测
4.3.2 相关检测原理
为了将被噪声所淹没的信号检测出来，人们研究各种信号及噪声的规律，发现信号与信号的延时相乘后累加的结果可以区别于信号与噪声的延时相乘后累加的结果，从而提出了“相关”的概念。 由于相关的概念涉及信号的能量及功率，因此先给出功率信号和能量信号的相关函数。
一. 引言
f1(t)与f2(t)是能量有限信号 f1(t)与f2(t)为实函数 f1(t)与f2(t)为复函数 f1(t)与f2(t)是功率有限信号 f1(t)与f2(t)为实函数 f1(t)与f2(t)为复函数
1．时域相关与频域的窄带化技术 利用时域中周期信号的相关性而噪声的随机、不相关性（或弱相关性），通过求取信号的自相关函数或互相关函数，在强噪声背景下提取周期信号的“相关检测”。这相当于在频率中窄带化滤除干扰和噪声。特别适用窄带信号。例如锁定放大器。 2．平均积累处理 对于一些宽带周期信号应用上述方法处理效果不佳，一种根据时域特征用取样平均来改善信噪比并能恢复波形的取样积分器可获得良好探测效果。其基本原理是对于任何重复的（周期性）信号波形，每周期如在固定的取样间隔内取样m次积累则信噪比改善。因为“信号电压幅值为线性叠加”（有规律的周期信号）而“噪声功率为矢量相加”（无规律的随机信号）。
4.3.0 概述 4.3.1 信噪比改善（SNIR） 4.3.2 相关检测原理 4.3.3 锁定放大器 4.3.4 取样积分器
4.3 微弱信号检测
4.3.0 概 述
一.微弱信号检测定义
前面我们讨论了噪声的基本概念，以及降低噪声的一些基本方法，如采用低噪声放大器不会对被探测的辐射信号产生噪声“污染”；但如果光辐射信号非常微弱或者背景噪声或干扰的影响很大，造成通过光电检测放大电路后进入信号处理系统输入端的信噪比已很糟糕，甚至信号深埋于噪声之中，这时要想将信号检测出来，必须根据信号和噪声的不同特点，借助一些特殊的微弱信号检测方法将信号与噪声分离，将信号从噪声中提取出来。
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基于AD549的微光信号检测系统
引言
近年来，随着微光技术及生物芯片技术的高速发展，各类的传感器、光电器件应运而生，广泛应用于工业，农业，军事等各大领域。
然而技术水平的不断提高就要求研究设备对微光信号的响应程度的大幅提高。
微光信号检测是发展高新技术、科学研究的重要手段，微光信号检测精度的高低往往会对产品的性能等起到决定性的作用。
在微光信号检测系统中，通常光电转换器件接收到的光信号都十分的微弱，转换后的电信号也非常的小（nA量级）。
因此，放大器噪声，背景噪声，电路噪声，外界电磁干扰等都会对检测系统的精度产生极大的影响。
为此，选择一个合适的低噪声高精度的前置放大器就显得至关重要了。
本文的微光信号检测系统选用的前置放大器是AD549。
它是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器。
为达到高精度的目的，输入偏置电压和输入偏置电压漂移均通过激光调节。
这种极低输入电流性能由ADI公司专有的topgate工艺技术完成。
这样的放大器很好的满足了系统的需要。
1.微光信号检测系统的原理框图
微光信号检测系统的原理框图如图1所示。
光信号由光电阴
极转换为电信号输入到前置放大器中，经过一级放大的电压信号由二级放大器放大之后再输入到AD转换器件中转换成数字信号，之后经由单片机控制显示出来。
为了防止模拟电路同数字电路间的串扰，及前置放大器屏蔽的需要，本系统将两部分的电路分离开来。
光电检测电路由光电阴极和前置放大器AD549组成，数字显示电路由二级放大器OPA124PA，AD转换器件ADS7816，单片机及数字显示电路组成。
图1 微光信号检测系统的原理框图
2.光电检测电路
2.1 光电检测电路原理
图2 光电检测电路
图2为光电检测电路图。
光电阴极是一种灵敏度很高的光电器件，可探测极为微弱的光信号。
光信号经过转换之后输出微弱电信号到前置放大器AD549。
它有极低的偏置电流60fA，输入级具有1015Ω的共模阻抗，其输入电流与共模电压无关。
其输入失调电压和漂移由激光分别调节到0.25mV和5μV/℃。
700μA的最大静态电流使输入电流和偏置电压的热效应降到最低。
模拟性能包括1MHz的均匀增益带宽和3V/μs的压摆率[1]。
R F将信号电流转换成输出电压：
V OUT=R F×I S。
其中I S为光电阴极输出的电信号，其值与光功率的幅值成正比。
2.2电路噪声抑制
噪声处理是这个微光检测系统中中至关重要的一个环节，处理的好坏将直接影响检测系统的精度。
电路设计，PCB线路板布线，电磁屏蔽，等都方面考虑。
电路设计方面:尽量的使供电稳压电路远离放大器，减少电源对敏感放大器的电磁干扰。
在电路中增设电源滤波电容和放大器偏置电路滤波电容，以减少电源耦合噪声。
在电路中采用的是单点并联接地的方式，这样各电路的电流只与本电路的地电流、地线阻抗有关，而与其他电路无关，地电流各自独立，互不干扰，在微弱信号检测中有很好的减噪效果[2]。
PCB线路板设计方面:为了尽量降低由于并行导线而产生的
分布电容噪声以及噪声源回路和受干扰回路之间的公共阻抗，检测电路板采用电感量很小的铜板条代替导线，这样有效的减少了回路的存在，从根本上抑制了线路板给系统带来的噪声。
必须使用导线的地方也尽量使其靠近地平面，降低导线的分布电容。
电磁屏蔽方面:微弱信号对外界环境的影响也是非常敏感的，所以必须要进行相应的电磁屏蔽，系统屏蔽图如图3所示。
图3 系统屏蔽图
为了得到更好的屏蔽效果，系统采用多层屏蔽，它对电场和磁场都具有较好的防护。
由于多层屏蔽之间不能连接在一起且各层屏蔽体的材料也不应该相同[3],系统采用了外铝内铁的屏蔽方式，两种材料都是良好的导体，这样有效的防止了外界的电磁干扰。
在检测电路加屏蔽体的同时，信号线也用良导体屏蔽起来。
导线屏蔽层与屏蔽体相连并在信号端接地，这种屏蔽接地方式才能很好的发挥屏蔽的作用而不产生干扰[4]。
3.数字显示电路
经过光电检测电路放大后的信号已经有mV量级了，接近普通信号水平，OPA124PA是一款低噪声运算放大器，偏置电流为2pA，失调电压和漂移分别为0.5mV和4μV/℃[5]。
二级放大电路对前一级信号再进行放大，来满足AD转换芯片的需要，保证转换的精确度。
ADS7816为12位的高速AD，信号经过转换之后再经由单片机控制数字显示模块进行显示。
4.结束语
本文主要是介绍了针对nA以上级的微弱光信号进行光信号检测系统的设计。
系统从器件的选择，噪声抑制，电磁屏蔽等方面入手，很好的保证了测试系统的性能。
经过实验调试，系统已经能测试10-11A量级的微弱光信号，基本达到了预期的指标。
在微光技术不断发展的今天，这个低电平高精度的光信号检测系统一定会有广泛的应用前景。