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1、分类号： U D C：D10621-408-(2012)1729-0密 级：公 开 编 号：成都信息工程学院学位论文微弱光电信号的采集和处理技术研究论文作者姓名：申请学位专业：电子科学与技术申请学位类别：工学学士指导教师姓名（职称）：论文提交日期：2毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作
2、了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对
3、本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日微弱光电信号的采集与处理摘 要微弱光电信号的采集与处理是工业自动化中常见的一个问题。因为微弱的光源
4、信号采集和处理起来比普通信号有一定的困难，容易受到一些干扰，产生噪声，造成信号的失真，导致检测结果的不准确。本文应用光电检测技术原理，通过对一些常用光电检测器件的特性分析，深入了解了其光电转换原理，根据其不同的特性研究探讨了产生噪声的原因以及对噪声进行了特性分析，从而提出了一些减少噪声和减小干扰的方法，初步给出了简单的光电检测系统流程，探讨给出了微弱光电信号的采集和处理的设计方案。关键词：微弱光电信号； 光电转换器件； 噪声； 转换放大电路Research on Weak photoelectric signal acquisition and processing technologyAbs
5、tractWeak photoelectric signal acquisition and processing is a common problem in industrial automation. Because a weak light signal acquisition and deal with them than the average signal there are certain difficulties, vulnerable to interference, noise generated, resulting in signal distortion, resu
6、lting in inaccurate test results .In this paper, photoelectric detection principle, the analysis of some commonly used features of the photoelectric detection device, in-depth understanding of the principle of the photoelectric conversion explores the different characteristics of generated noise rea
7、sons and noise characteristics, and thus reduce some noise and reduce the interference method, the initial simple process of photoelectric detection system, and briefly discusses the design of the primary photoelectric conversion circuit and signal preamplifier circuit.Key words: weak photoelectric
8、signals; media converter pieces; noise; conversion amplifier circuit目录共31页1 引言11.1 选题背景及研究意义11.2 国内外研究概况22 微弱光电检测系统的构成及特性以及噪声分析32.1 微弱光电检测系统的基本构成32.2 光电检测器件32.2.1 光电池42.2.2 光电二极管42.2.3 PIN型光电二极管62.2.4 雪崩光电二极管72.2.5 光电位置敏感器件72.2.6 光电倍增管82.2.7 光敏电阻92.3 常见的噪声类型92.3.1 热噪声102.3.2 散粒噪声102.3.3 g-r噪声102.3.4
9、 l/f噪声112.4 噪声的统计特性112.4.1 噪声的概率分布112.4.2 随机噪声的均值、方差和均方值122.4.3 噪声的相关参数122.4.4 信噪比与信噪改善比132.5 微弱信号检测常用方法142.5.1 相关检测技术142.5.2 同步累积法162.5.3 双路消噪法172.5.4 最大似然估计182.5.5 光子计数技术183 微弱光电信号的采集和处理系统193.1 整体结构193.2 光电转换电路设计193.3 前置放大电路243.3.1 放大电路种类24结 论27参考文献28致 谢29声 明301 引言1.1 选题背景及研究意义微弱信号的检测和处理技术是一门新兴的技术
10、学科，主要运用迅速发展起来的电子学、信息论以及物理方法等加以分析噪声，对信号进行检测、采集有用信号。其主要任务是研究新理论、探索新方法、研制新设备。微弱信号不仅意味着信号本身的幅度较小，而且往往都是淹没在背景噪声之中，为了能够从强的背景噪声覆盖下检测出有用的信号，人们通过长期大量的实验测试研究，对各种噪声产生的原因以及分布规律进行分析总结，并且同时对被测的有用信号特点和相关性进行研究分析，希望能够寻找到从背景噪声中及时、准确的检测出有用信号的方法。一般意义上，微电子技术的光频段实际上就是微弱光电检测技术的内容领域，所以微弱光电信号检测采集技术综合了电子技术和光学技术的优点。光电检测技术的主要特
11、点有以下几个方面1：(1) 精度高。在诸多检测技术中，光电检测具有很高的精度。例如，一般激光干涉法测量长度时，其精度能够达到0.05;用激光测距法测量地球和月球之间距离的时候其分辨率能够达到lm。(2) 非接触式测量。因为当用光照射到被测物体上的时候是没有任何衰减或者损失的，能够实现动态测量，而且能够被利用在很多人体无法达到的环境中，这也是该测量检测方法应用广泛的一个重要原因。(3) 远距离。光信号的传播非常方便，在真空中也能够传播，这使其适用于遥控以及遥测、光电跟踪等领域。(4) 速度快。在微弱光电检测技术中，因为作为传播媒介的光信号在各种物质中具有最快的传播速度，这种特性就使通过光学方法获
12、得的各种检测信息是非常迅速的。微弱光电信号的检测、采集与处理技术的应用范围遍及军事和国民经济的各个领域，在目前世界军事变革的大潮中，武器装备都在朝着信息化、隐形化的方向发展，比如潜艇、飞机等隐形目标的侦测能力都至关重要。国民经济中的应用更是普遍，例如，在精密测量、工业过程测量和控制、机器人技术、生物学中细胞发光特性、医学信号处理以及机电系统内部各种设备状态的检测中均会大量应用到对于微弱光电信号的检测、采集和处理技术。因此对于微弱光电信号采集和处理技术的研究是非常重要的。1.2 国内外研究概况微弱信号检测的目的就是希望能够通过利用新的方法以及技术手段已达到将系统信噪比提高，进而可以较好的从包含噪
13、声的总体信号中提取出想要获得的有用信号。这就需要利用电子学、信息技术、计算机以及物理化学等方法，来研究新的检测理论、方法和设备，以满足现代科学技术的发展需要。而微弱光电检测技术作为其中一个非常重要的方面，其重要性将会随着科学技术的发展变得更加突出。这是由于微弱的光电检测采集技术的许多重要特点都顺应了微弱信号检测采集技术的发展趋势，并且能够满足其发展需要。自二十世纪六十年代初至今，微弱光电信号检测采集与处理技术已取得了较为重大的进展，应用范围也在不断地扩大，由此产生的新方法，仪器设备已经成为现代科学研究中不可或缺的手段。由于激光技术的出现，许多在电子测量技术学领域常规的微弱信号检测采集方法被广泛
14、的引入，例如:时域的相关方法、取样积分方法和光子计数方法，这也使得测量的精度和灵敏度得到了很大的提高2。近年来，小波理论也逐渐的应用到微弱信号检测领域中，小波变换的分析方法是多分辨率的，它能够在时域与频域同时进行分析，因而，小波滤波器消噪方法和小波闽值消噪方法就应运而生了，另外小波在滤波处理方面的优点使之广泛用于机电系统状态特征信号的预处理之中。在出现了光纤技术后，利用光纤对光束传播路径的控制，增加了更多的调制方法，也使得能够更加方便的接收。另一方面，由于光纤是能够被放入物体的内部的，进而可以扩大检测范围，也能够将其事先铺设在建筑物的内部，做到实时监测和自动控制的功能。而今，光电子技术也得到了迅速的发展，它主要应用于对光电检测器件的研究。同时，将迅速发展的大规模集成电路技术与光电探测器件结合起来，在微弱光电检测领域非常重要的电荷祸合器件(CCD)，它是一种固态图像的检测器件，把传统的扫描功能和阵列化的光电检测技术相结合。主要的功能是实现由光学图像到时序电信号的一种转换，在现代的自动检测技术领域中有着广泛的应用。光导纤维传感器的出现使得传统光电检测技术小型化变得更加简单，光纤检测技术能够解决传统检测技术中难以解决甚至无法解决的许多问题。智能化是光纤检测较之以前的检测测量技术更为吸引人的方面，尤其是那种智能化的光纤检测量系统
