【正文】 在論文的撰寫過程中老師們給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點(diǎn)，使得論文能夠及時(shí)完成，這里一并表示真誠的感謝。最后，我要特別感謝我的導(dǎo)師趙達(dá)睿老師、和研究生助教熊偉麗老師。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護(hù)。最后，我要感謝我的父母對我的關(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學(xué)習(xí)生涯中的無私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無法順利完成今天的學(xué)業(yè)。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。除非另有科研合同和其他法律文書的制約，本論文的科研成果屬于成都信息工程學(xué)院。（2）學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制方式保存學(xué)位論文。 感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師—周積駿老師，他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。本文主要是通過探討和分析給出了一些可供參考的方案方法。閱讀文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外對光電采集及信號(hào)處理的研究現(xiàn)狀。結(jié) 論本人經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和深入研究，基本掌握了微弱光電信號(hào)檢測采集和處理系統(tǒng)的原理及其應(yīng)用。（4）有較低的失調(diào)電壓以及失調(diào)電流儀用放大器IC的內(nèi)部三個(gè)運(yùn)放是制作在一個(gè)硅襯底上的，所以其溫度環(huán)境一致，而且內(nèi)部的電阻是利用激光調(diào)整技術(shù)制成的，精度高。總結(jié)比較得出儀用放大器的一些特點(diǎn):（1）較高的共模抑制比在放大電路中，將差模增益A、與共模增益A:的比值稱之為共模抑制比()，也即: （2）極高的輸入阻抗極高的輸入阻抗的特點(diǎn)非常有利于對于微弱信號(hào)的檢測。其基本的組成結(jié)構(gòu)與差分放大器大體相同，但是兩者的在性能指標(biāo)上差距很大。差分前置放大電路差分放大電路對共模信號(hào)的抑制能力很強(qiáng)，用在光電信號(hào)檢測采集系統(tǒng)中能夠很好的減小器件暗電流和外界環(huán)境溫度變化給電路帶來的影響和誤差。而且的增大也將引起電阻的熱噪聲電流變大，這在實(shí)際應(yīng)用中都是應(yīng)該避免的。 放大電路種類一般前置放大電路基本的放大電路如圖35所示，對于理想的運(yùn)算放大器，其同向輸入端和反向輸入端都滿足“虛短”和“虛斷”的特性。這樣得到用表示的噪聲的電流值和在負(fù)載兩端產(chǎn)生的噪聲電壓分別寫為: (313) (314)，因此，散粒噪聲電壓為： (315)那么，總噪聲輸出電流為： (316)總的噪聲電壓為： (317)所以，光電轉(zhuǎn)換的信噪比SNR為: (318)綜上所述，改進(jìn)后的光電轉(zhuǎn)換電路具有噪聲電壓低、性噪比高的特點(diǎn)，能夠滿足本設(shè)計(jì)的需要。在理想情況下，純電阻R的取值與頻率無關(guān)，此時(shí)熱噪聲的輸出就由實(shí)際光電信號(hào)檢測采集與處理電路的通頻帶決定。由第二章的分析可知，熱噪聲的電壓均方值u異取決于材料的溫度，其中的關(guān)系可以由下式給出: (34)在式(34)中，材料的絕對溫度用T表示。光電壓模式是另外一種重要類型。載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)往往是很慢的，所以需要的擴(kuò)散時(shí)間，也較長，大約為100ns。也是納秒量級(jí)。從圖中可以看出，GaAs材料的光譜響應(yīng)范圍最小，Ge材料光電二極管光譜響應(yīng)范圍較寬。這種光電二極管的特點(diǎn)是頻帶較寬，可以達(dá)到10GHz。(6) 要使光電檢測器件能夠長期并且穩(wěn)定的工作，必須根據(jù)使用的工作環(huán)境選好器件的規(guī)格。一般情況下入射輻射通量的變化中心應(yīng)該在光電檢測器件的線性區(qū)域，這樣才能達(dá)到較好的線性檢測。這里把選擇使用光電檢測器件的注意方面歸納以下幾點(diǎn)[13]：(1) 光電檢測器件的選擇應(yīng)該與光信號(hào)源在光譜特性上進(jìn)行匹配。由于本人工作時(shí)間及個(gè)人能力有限，只介紹改進(jìn)光電轉(zhuǎn)換電路和前置放大電路的一些基本方法，對單片機(jī)控制信號(hào)采集及計(jì)算機(jī)部分不做研究。因?yàn)楸粶y物體發(fā)出的光信號(hào)非常微弱，所以轉(zhuǎn)換而成的電信號(hào)也是微弱信號(hào)，導(dǎo)致輸出電流很小，容易受到噪聲干擾的影響，不利于信號(hào)的識(shí)別與處理，所以必須采用前置放大電路將信號(hào)放大。所以一個(gè)微弱光電信號(hào)檢測系統(tǒng)中被檢測光源是前提條件。(4) 數(shù)據(jù)處理容易數(shù)字化。所以可以推出光強(qiáng)P。光子計(jì)數(shù)器的原理框圖如215所示。如果在實(shí)驗(yàn)過程中，選擇使檢測采集的結(jié)果具有最大概率密度的參數(shù)值作為未知參數(shù)的估計(jì)值，這種方法就被稱為最大似然估計(jì)方法[11]。這樣直到通過閉值電路中的也只有少數(shù)的強(qiáng)噪聲才能夠產(chǎn)生本底計(jì)數(shù)，根據(jù)長時(shí)間內(nèi)的本底計(jì)數(shù)值是恒定的的原理，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)可以先將其測量出來，再從總計(jì)數(shù)中減去，進(jìn)而得到有用信號(hào)實(shí)際計(jì)數(shù)。單點(diǎn)式電路相對簡單，但對被測信號(hào)的利用率低，需要經(jīng)過多個(gè)信號(hào)周期才能得到檢測結(jié)果。r(t)是與被測信號(hào)同頻的參考信號(hào)，也可以是被測信號(hào)本身，經(jīng)延遲后，生成寬度T的取樣脈沖以控制取樣開關(guān)K的開和關(guān)，從而完成對信號(hào)x(t)的取樣。取樣積分器對于淹沒在噪聲中的周期脈沖分量的檢測采集，主要是完成對波形的恢復(fù)，必須在信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間內(nèi)對信號(hào)進(jìn)行等間隔取樣，然后對這些信號(hào)進(jìn)行多次取樣加以平均，以達(dá)到抑制混于信號(hào)中的噪聲，恢復(fù)脈沖信號(hào)各時(shí)刻的數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到完整的波形。因?yàn)樾盘?hào)只有正負(fù)兩個(gè)狀態(tài)，所以只需要兩個(gè)積累器，信號(hào)的積累是通過同步開關(guān)把信號(hào)同步接到兩個(gè)積累器上，同樣用同步開關(guān)把積累器和負(fù)載相連，使得信號(hào)同步輸出?？蓪憺椋? （222）由（222）式可以看出，中包含了信號(hào)s(t)所攜帶的信息，這樣就能夠把待檢信號(hào)s(t)檢測出來了。互相關(guān)檢測一般地，互相關(guān)檢測的抗干擾性能比自相關(guān)檢測技術(shù)好，如果發(fā)送的信號(hào)頻率是確定的，能夠通過在接收端發(fā)送一個(gè)頻率與開始的發(fā)送信號(hào)完全相同的本地信號(hào)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)將本地信號(hào)和混有一定噪聲的發(fā)送信號(hào)做互相關(guān)分析。雖然從理論上講，噪聲的前后可以認(rèn)為是不相關(guān)的，而實(shí)際上，對于時(shí)間間隔不大的兩點(diǎn)仍有可能是相關(guān)的。延時(shí)器圖210 自相關(guān)檢測原理框圖乘法器設(shè)混有隨機(jī)噪聲的信號(hào)，其中為被測信號(hào)，為噪聲。系統(tǒng)的信噪改善比是用來衡量信號(hào)經(jīng)過某種放大器或者是檢測測試系統(tǒng)后，信噪比的改善情況的，用表達(dá)式可以寫為:= 輸出信噪比 / 輸入信噪比 (219) 微弱信號(hào)檢測常用方法 相關(guān)檢測技術(shù)根據(jù)相關(guān)性原理實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的檢測稱為相關(guān)檢測技術(shù)，本質(zhì)上說，相關(guān)檢測是基于信號(hào)和噪聲間的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行檢測的?；ハ嚓P(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù)反映的是兩個(gè)不同的隨機(jī)噪聲和在不同時(shí)刻和取值的相關(guān)程度。它反映的是隨機(jī)噪聲的起伏程度。高斯分布的概率密度函數(shù)可以表示為 (28)式中為的平均值：為的方差，在檢測數(shù)據(jù)處理中把稱為標(biāo)準(zhǔn)差。對于所有的x都有p(x)≥0。隨機(jī)噪聲是一種前后獨(dú)立的平穩(wěn)隨機(jī)過程，在任何時(shí)刻它的波形、幅度及相位都是隨機(jī)的。因?yàn)槠涔β首V密度和1/f成正比，所以也有將l/f噪聲稱為低頻噪聲。雖然其本質(zhì)也是一種散粒噪聲，但是為了強(qiáng)調(diào)產(chǎn)生和復(fù)合兩個(gè)因素，將由此產(chǎn)生的噪聲稱為產(chǎn)生復(fù)合噪聲(generation rebination noise)簡稱gr噪聲[7]。 gr噪聲gr噪聲是指產(chǎn)生復(fù)合噪聲。 散粒噪聲除了電阻中自由電子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲外，各種電子器件(如電子管、晶體管和場效應(yīng)管等)中載流子越過位壘時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪聲，這是電子元器件內(nèi)部噪聲的一個(gè)重要來源。在溫度處于絕對零度以上的導(dǎo)體中，自由電子在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，熱運(yùn)動(dòng)的方向和速度都是隨機(jī)的，這樣就在導(dǎo)體內(nèi)部形成“無規(guī)則”的電流，而且這種電流的大小會(huì)隨時(shí)間的增長隨機(jī)的變化。 常見的噪聲類型對于信號(hào)來講，干擾和噪聲都是應(yīng)該盡量避免的一種擾動(dòng)，通常把可以消除或者減小的外部擾動(dòng)稱之為干擾。(4)光電導(dǎo)增益大，靈敏度較高。在外電場的作用下光生載流子將沿一定方向運(yùn)動(dòng)，形成電流，光生載流子越多電流越大。而光電導(dǎo)效應(yīng)就是指某些物質(zhì)吸收了光子的能量后產(chǎn)生本征吸收或雜質(zhì)吸收，從而達(dá)到改變物質(zhì)電導(dǎo)率的現(xiàn)象。最后，被放大N次的電子被陽極收集，形成陽極電流。發(fā)射到真空中的電子在電場和電子光學(xué)系統(tǒng)的作用下，經(jīng)電子限束器電極會(huì)聚并加速運(yùn)動(dòng)到第一倍增極上，第一倍增極在高動(dòng)能電子的作用下，將發(fā)射比入射電子數(shù)目更多的二次電子(即倍增發(fā)射電子)。在P型層上有兩個(gè)電極，電極間的P型層除具有接收入射光的功能外，還具有橫向的分布電阻特性，所以P型層即是光敏層，也是一個(gè)均勻的電阻層。一般雪崩光電二極管有以下特性:圖26 雪崩二極管伏安特性曲線（1） 靈敏度很高，電流增益可達(dá)～；（2） 響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率可達(dá)100GHz；（3） 噪聲等功率很小，約為；（4） 反偏壓高，可達(dá)200W，接近于反向擊穿電壓。（4）可承受較高的反向偏壓，使線性輸出范圍變寬。圖25 PIN型光電二極管結(jié)構(gòu)示意圖（1）使PN結(jié)的結(jié)間距離拉大，結(jié)電容變小。也即應(yīng)該工作在圖22中的第三或者第四象限，這里把圖形進(jìn)行旋轉(zhuǎn)180o，得到圖24。所以可以得到光電二極管的全電流方程為： (23)其中η為光材料的光電轉(zhuǎn)換效率，α為材料對光的吸收系數(shù)。當(dāng)和U均為負(fù)值（即反向偏置時(shí)），且時(shí)（室溫下，很容易滿足這個(gè)條件）的電流，成為反向電流或者暗電流。2CU系列光電二極管有兩根引出線。光電池在光照的情況下能夠產(chǎn)生光生電動(dòng)勢，光電流在結(jié)內(nèi)的流向方向?yàn)閺腘端指向P端，結(jié)外部的流動(dòng)方向?yàn)閺腜端流出，經(jīng)外電路流入N端。光電池在工作時(shí)不需要外加偏置電壓就能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能，按照其功用可以分為太陽能光電池和測量光電池兩大類。光子效應(yīng)就是指單個(gè)光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)，光子效應(yīng)對光波的頻率表現(xiàn)出選擇性，并且其響應(yīng)速度比較快。許多光電檢測系統(tǒng)的結(jié)果都是要求給出具體值，即將前面幾個(gè)部分處理好的被測量的電信號(hào)結(jié)果直接通過顯示器件或者系統(tǒng)予以顯示出來。(4) 光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)的放大、濾波處理。(3) 光電轉(zhuǎn)換。在任何的微弱光電檢測系統(tǒng)中光源都是必不可少的，不同的檢測系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要可以選擇不同的光信號(hào)作為光源，主要是根據(jù)光源的發(fā)光分布空間、輻射功率以及光譜范圍進(jìn)行選擇。智能化是光纖檢測較之以前的檢測測量技術(shù)更為吸引人的方面，尤其是那種智能化的光纖檢測量系統(tǒng)，它利用的是計(jì)算機(jī)和小型化、集成化的光學(xué)元器件相結(jié)合[3]。而今，光電子技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，它主要應(yīng)用于對光電檢測器件的研究。由于激光技術(shù)的出現(xiàn)，許多在電子測量技術(shù)學(xué)領(lǐng)域常規(guī)的微弱信號(hào)檢測采集方法被廣泛的引入，例如:時(shí)域的相關(guān)方法、取樣積分方法和光子計(jì)數(shù)方法，這也使得測量的精度和靈敏度得到了很大的提高[2]。這就需要利用電子學(xué)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)以及物理化學(xué)等方法，來研究新的檢測理論、方法和設(shè)備，以滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要。微弱光電信號(hào)的檢測、采集與處理技術(shù)的應(yīng)用范圍遍及軍事和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，在目前世界軍事變革的大潮中，武器裝備都在朝著信息化、隱形化的方向發(fā)展，比如潛艇、飛機(jī)等隱形目標(biāo)的偵測能力都至關(guān)重要。(3) 遠(yuǎn)距離。例如，一般激光干涉法測量長度時(shí)。微弱信號(hào)不僅意味著信號(hào)本身的幅度較小，而且往往都是淹沒在背景噪聲之中，為了能夠從強(qiáng)的背景噪聲覆蓋下檢測出有用的信號(hào)，人們通過長期大量的實(shí)驗(yàn)測試研究，對各種噪聲產(chǎn)生的原因以及分布規(guī)律進(jìn)行分析總結(jié)，并且同時(shí)對被測的有用信號(hào)特點(diǎn)和相關(guān)性進(jìn)行研究分析，希望能夠?qū)ふ业綇谋尘霸肼曋屑皶r(shí)、準(zhǔn)確的檢測出有用信號(hào)的方法。 media converter pieces。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日微弱光電信號(hào)的采集與處理摘 要微弱光電信號(hào)的采集與處理是工業(yè)自動(dòng)化中常見的一個(gè)問題。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：