【正文】 阻的寄生電容的影響，提高信號的頻帶寬度。 第二種是 T 型電阻網(wǎng)絡的前置放大電路。 前置放大電路的設計 第一種前置放大電路是在光電轉(zhuǎn)換電路上的初步改進，如圖 6 所示。它是一種低噪聲、高精度、FET 輸入的放大器。 除了電路中探測器和運放帶來的噪聲外，電路的主要噪聲來源于電阻 Rf在純電阻電路中電阻的熱噪聲 UT 取決于檢測電路的實際通頻帶△ f。 噪聲分析 首先，給出光電轉(zhuǎn)換電路的等效電路圖， 如圖 5 所示： 其中左端的電路是硅光電二極管的等效電路。 由此式中可以看出，當運放的失調(diào)電壓與偏置電流都較小時，輸出電壓誤差才會減小。受到運放失調(diào)電壓 Vod 與偏置電流 Ib 的影響，輸出電壓將產(chǎn)生誤差。 輸出電壓 Uo 的值與輸入電流 Ip 成線性關系，靈敏度由反饋電阻 R 確定。 光電二極管將接收的光信號變成與之成比例的微弱電流信號，通過運放和反饋電阻組成的放大器變換成電壓信號 [7]。前置放大器品質(zhì)的優(yōu)劣勢整個信號處理系統(tǒng)中最關鍵的部分。它的任務是 :放大光電檢測器件輸出的微弱光信號 ,對前置放大器的要求是 :低噪聲、高增益、低輸出阻抗和良好的抗干擾能力 [6]。 如圖 3 所示： 前置放大電路 光電系統(tǒng)中，光電檢測器件所接收的光信號十分微弱，要有效利用這種信號，就必須對其進行放大。系統(tǒng) 框圖如下： 圖 2 系統(tǒng)框圖 Fig 2 Block Diagram of System (1)光電密閉容器 : 其中放置石英杯 (裝載發(fā)光物質(zhì)與農(nóng)藥的混合物 )，光電探測器置于密封口出處； (2)光電探測器 : 用于檢測光信號，并將之轉(zhuǎn)換為電信號； (3)前置放大電路 : 對光電探測器檢測到得信號進行放大； (4)濾波電路 : 濾除電路中的噪聲； (5)主放大電路 : 對信號進行再次放大，使信號能夠被 A/D 轉(zhuǎn)換器接收到； (6)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 : 把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； (7)單片機 : 控制系統(tǒng)，使用戶 AT89C51； (8)PC:即計算機。 4 光電檢測系統(tǒng)硬件設計 本光電檢測系統(tǒng)采用的是光強型直接測量法，即將攜帶被檢測物理信息的光強，投射到光電探測器上轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大后直接采集數(shù)據(jù)。 ，引起暗電流增大和不穩(wěn)。 。管子在工作過程中輸出不穩(wěn)定的情況很多，主要有： 、結(jié)構松動、陰極彈片接觸不良、極間尖端放電、跳火等引起的跳躍性不穩(wěn)現(xiàn)象，信號忽 大忽小。光電倍增管有兩個缺點： ① 靈敏度因強光照射或因照射時間過長而降低，停止照射后又部分地恢復，這種現(xiàn)象稱為 “ 疲乏 ” ； ② 光陰極表面各點靈敏度不均勻。光電倍增管在全暗條件下，加工作電壓時也會輸出微弱電流，稱為暗流。整個過程時間約 108 秒。最后 ,在高電位的陽極收集到放大了的光 電流 。這些沖 擊次極的電子能使次極釋放更多的電子，它們再被聚焦在第二次極。 光電倍增管是依據(jù)光電子發(fā)射、二次電子發(fā)射和 電子光學 的原理制成的、透明真空殼體內(nèi)裝有特殊 電極 的器件。聚焦型的打拿極把來自前一級的電子經(jīng)倍增后聚焦到下一級去，兩極之間可能發(fā)生電子束軌跡的交叉。如此繼續(xù)下去，每個光電子將激發(fā)成倍增加的二次發(fā)射電子，最后被陽極收集。在各打拿極 D D D3? 和陽極 A 上依次加有逐漸增高的正 電壓 ,而且相鄰兩極之間的電壓差應使二次發(fā)射系數(shù)大于 1。常用的打拿極材料有銻化銫、氧化的銀鎂合金和氧化的銅鈹合金等。 二次發(fā)射倍增系統(tǒng)是最復雜的部分。因為采用了二次發(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探測紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測器中，具有極高的 靈敏度 和極低的噪聲。這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統(tǒng)，并通過進一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。日盲紫外光電倍增管對日盲紫外區(qū)以外的可見光、近紫外等光譜輻射不靈敏，具有噪聲低（暗電流小于 1nA）、響應快、接收面積大等特點。 光電倍增管 本系統(tǒng)采用的是光電倍增管作為光電探測器件。這樣可以確保有足夠大的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)、線性范圍、信噪比和快速的動態(tài)響應等。這種情況應考慮響應時間段、上限頻率高的器件。其次，要確保入射通量的變化中心處于探測器光電特性的線性區(qū)內(nèi)，從而獲得良好的線性檢測。 (2)光電轉(zhuǎn)換特性與入射輻射能量匹配。例如，在紫外波段，選擇 PMT 或者專門的紫外光電半導體器件；在可見光波段，可選 PMT、光敏電阻與 Si 的光電器件 。 CdSe 光敏電阻成本低，廣泛用于光亮度控制 (如照相自動曝光或路燈日光控制等 )；光電池光敏面積最大，除了可作檢測器件，還能作太陽能變換器；硅光電二極管體積小、響應快、可靠性高，而且在可見光與近紅外波段內(nèi)有較高的量子效率，在各種工業(yè)控制中廣泛使用；硅雪崩管增益高、響應快、噪聲小，在激光測距和光纖通信中普遍采用。從長期工作的穩(wěn)定性考慮，優(yōu)先選擇光電二極管和光電池，也可以選用光電三極管；從光譜響應特性考慮，選用 PMT 和 CdSe 光敏電阻。被測對象本身光輻射的色溫存在差異或者表面顏色改變時，必須選擇合適的光譜特性的光電器件 [4]。例如光電倍增管 (PMT)或光電二極管等。當被測對象因?qū)獾姆瓷渎?、透過率變化或者是被測對象本身光輻射強度改變時，光信號的幅度亦會隨之改變。對于這種光信號，所選器件的上限截止頻率必須大于輸入信號的頻率，這樣才能測出輸入信號的變化。這時光電探測器不必考慮線性，只考慮靈敏度即可。光信號的有無是由被測對象造成投射到光探測器上的光信號截斷或通過而產(chǎn)生。 光電探測器件的選擇 選擇光電探測器件，主要可以從其接收光信號的方式、性能參數(shù)以及應用匹配等方面來考慮。 光電探測器的分類 常用的光電探測器分類。再把式 (3)代入式 (2)后，有： (4)這就是基本的光電轉(zhuǎn)換定律。由基本物理觀點可知， I應該正比于 P，引入比例系數(shù) D，得： (2) 式中 D 又稱為探測器的光電轉(zhuǎn)換因子。把光輻射量轉(zhuǎn)換為光電流的過程，稱為光電轉(zhuǎn)換。 3 光電檢測電路基礎理論分析 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。將發(fā)光物質(zhì)和被測物質(zhì)混合，注入密封裝置，通過設計的光探測器檢測發(fā)光強度的變化，對所得信 號進行放大和濾波，用示波器測量輸出電壓，查看數(shù)據(jù)是否正確，波形是否存在失真，并進一步調(diào)整元器件的參數(shù)； (5)根據(jù)測試所得數(shù)據(jù)建立農(nóng)藥濃度與光強 (電壓 )的數(shù)學模型； (6)根據(jù)國家有關規(guī)定，確定檢測驗證系統(tǒng)是否達到了設計要求，進一步修正元件參數(shù)，直到符合要求。 技術路線 論文基于化學發(fā)光法和光電檢測技術相結(jié)合的原理，設計完成農(nóng)藥殘留檢測的光電檢測系統(tǒng)，對給定農(nóng)藥進行實驗測定，建立起農(nóng)藥濃度與發(fā)光強度 (電壓 )的數(shù)學模型。 光電檢測系統(tǒng)的軟件設計 主要是 A/D 轉(zhuǎn)換器的程序設計以及單片機主程序設計。 光電檢測系統(tǒng)的硬件電路的設計 包括前置放大電路的設計，濾波電路的設計，放大電路的設計， A/D 轉(zhuǎn)換電路與單片機電路等。本實驗系統(tǒng)研制，將給科研和農(nóng)業(yè)檢測領域帶來一種高效快速的光電檢測方法，并為開發(fā)新的農(nóng)藥殘留檢測儀器提供了一種新思路和有效的手段，具有廣泛的應用前景和潛在的經(jīng)濟效益 [2]?；诖丝紤]，本文提 出了一種化學發(fā)光法和光電檢測技術相結(jié)合的農(nóng)藥殘留檢測方法。因此必須研究出新的農(nóng)藥殘留檢測方法，能夠滿足現(xiàn)場檢測、快速、成本低、顯示直觀、定性和半定量及判斷其產(chǎn)品是否使用安全的要求。因此 ，對農(nóng)藥殘留的高靈敏度檢測就變得異常重要。農(nóng)藥在食物中的殘留，嚴重危害了人類的身體健康和生命安全 。 2 緒論 研究目的及意義 農(nóng)藥的發(fā)明帶來了農(nóng)業(yè)科技的進步，但隨著農(nóng)藥的大量使用，它所造成的危害也愈加明顯。農(nóng)藥殘留帶來了水、食物以及生態(tài)環(huán)境各方面的污染 ，時刻危害著人們的身體健康與生命安全。 農(nóng)藥殘留指的是農(nóng)藥使用后殘存在生物、農(nóng)產(chǎn)品以及生態(tài)環(huán)境中的農(nóng)藥原體、代謝物、降解物和雜質(zhì)的總稱，通常把殘存的數(shù)量稱為殘留量。農(nóng)藥的使用推動了農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，給人類帶來了巨大的經(jīng)濟利益。 Signal processing 1 前言 農(nóng)藥是指用于預防、消滅或者控制危害農(nóng)業(yè)、林業(yè)的病、蟲、草和其它有害生物以及有目的地調(diào)節(jié)植物、昆蟲生長的化學合成或者來源于生物、其它天然物質(zhì)的一種物質(zhì)或者幾種物質(zhì)的混合物及其制劑。 關鍵詞 : 農(nóng)藥殘留；光電檢測；信號處理 Design of Photoelectric Rapid detection System of Pesticide Residues Abstract:The traditional pesticide residues detection method contains gas chromatography, high performance liquid chromatography, bined gas chromatography mass spectrometry, high performance liquid chromatography mass spectrometry, and so on. Though these methods are precise, there is a lot of disadvantage in these m