基于光电倍增管的数据采集系统设计

摘要

随着科技的不断进步，微弱信号检测被提出了更高的要求。在对极微弱光信号进行光谱采集时，为了能探测到更微弱的光信号，有效提取被噪声湮没的待测信号，本课题基于光电倍增管设计了微弱光电信号的采集系统，它能够探测光功率在 nW级别的微弱光信号，并有效地放大微弱待测信号，同时滤除不相关的噪声信号，提高采集系统的信噪比。
　　课题首先将光源进行调制，然后采用 Omni-150系列光栅型光谱仪进行分光，其光谱扫描范围为185nm~远红外，准确度为0.25nm（1200g/mm光栅），最小步距达0.01nm，选择光电倍增管作为光电探测器，相比其他光电探测器，它具有高增益、高频率响应和大信号接收区域等优点。在深入研究相关参数和特性后，课题搭建了光电倍增管的低噪声高压偏置电路和光电信号输出电路，针对光电倍增管输出的微弱光电信号，构建匹配的调理电路来放大微弱信号、滤除噪声信号。调理后的模拟电压信号通过模数转换芯片转换为数字量，送入可编程门阵列（FPGA）中进行信号相关解调、数字低通滤波等数字化处理。微处理器接收 FPGA处理后的数据并打包发送至上位机显示处理平台，最后显示处理平台将采集的数据绘制成光谱曲线。
　　实验结果表明采集系统能够探测到波长在360~840nm、光功率在0.1nW~0.2mW范围内的微弱光信号，光谱响应的峰值在420nm波长处。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究情况

1.3 论文内容安排

2.1 光电检测技术

2.2 光学系统的搭建

2.5 微弱信号探测方法

2.6 数字相关解调原理

2.7 采集系统原理

2.8 本章小结

3.1 硬件设计方案

3.2 光电倍增管驱动及输出电路设计

3.3 信号调理单元设计

3.4 FPGA硬件电路设计

3.5 模数转换单元设计

3.6 微处理器设计

3.7 本章小结

4.1 软件设计方案

4.2 微处理器程序设计

4.3 FPGA程序设计

4.4 上位机软件设计

4.5 本章小结

5.1 信号采集系统测试

5.2 光谱采集与结果分析

5.3 谱线显示

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

作者简介及科研成果

致谢