微弱光电信号检测与采集技术分析探究

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微弱光电信号检测与采集技术分析探究

摘要：即为通过非电量的变化而模拟参照影响光量和光特性的变化从而换算得出最终电量对比光量信息。在该领域同等能量的放大与缩小的利便性是信息测量的关键。本文基于笔者中广核中科海维科技发展有限公司多年工作经验，全方位展示就微弱光电信号检测与采集技术原理，为同行提供综述性参考。

关键词：微弱；光电信号；检测；采集 1.引言

光电检测技术发展由来已久，归根溯源为光学与电子学进行互溶运用后进行发展和延伸的新兴检测实用技术。其主要原理是通过电子技术中的光学特性进行梳理并利用其传递、储存、控制、计算和显示的工作路径而得到最好检测结果的方式方法。所以实用过程简而言之就是通过非电量的变化而模拟参照影响光量和光特性的变化从而换算得出最终电量对比光量信息。在该领域同等能量的放大与缩小的利便性是信息测量的关键。当前随着科学技术与实用工程领域的不断要求微弱光电信号检测运用范围也越来越大。根据笔者了解以及业务接受包括雷达、人造卫星、航空航天、海洋、生物医学、电力系统以及通信等方面都已经成熟运用，并大力推广。所以笔者就微弱光电信号检测与采集技术展开原理性探讨。为同行提供综述性参考。

2.光电信号检测与采集原理

若上节所述光电检测技术即为光学与电子学进行互溶运用后进行发展和延伸的新兴检测实用技术。其主要原理是通过电子技术中的光学特性进行梳理并利用其传递、储存、控制、计算和显示的工作路径而得到最好检测结果的方式方法。所以想通过围绕光电变化而获取信号并还原放大必须要有硬件上的帮助与软件算法上的解析。在现有光电探测器频率范围内进行微弱信号的接受并将干扰杂波滤除后进行的微弱信号的充分放大。经过不断的重组与归一化最后将原始信号放大至要求解析的电压幅度最终输出预定值，该过程用框图表现为图1所示。在此笔者总结光电信号检测与采集的原理性要点如下：

图1光电检测模块组成

（1）微弱光电信号检测较为精确且工作环境不受限制，工作成本较小，且数据保密性较强。但是该技术还是有较多难点的，例如不同探测器接受到的信号存在差异性，且回传放大后结果不一致，甚至很多探测器不能接受较为微弱的信息。单纯依赖现有弱光检测仪仅仅能实现一定光信号的收集，其解析转换能力较弱。微弱光电信号的降噪与抗干扰能力还不具备，偶然因素较多，甚至信号全部淹没在噪声中无法提取。所以在原理分析与研究上相关技术人员要强化光电信号检测设备工作域度，在现有设备前提下进行优化，强化解析软件误差率。全面优化光电检测器电路设计，确保最终解析效果。

（2）在主体设备设计与结构方面，坚持光电转换部件、信号放大部件、滤波结构构成三大件的简化设计，坚持设备初衷将光信号转换为电信号的设计思路。在电压信号放大和收集和处理上下功夫。 3.微弱光电信号采集技术分析

弱光电信号检测技术始于20世纪国内外。20世纪以前，国内外对微弱光电


信号检测技术的研究很少。20世纪20年代，俄罗斯生物学家葛伟子利用“生物探测器”构建了弱光信号检测系统，完成了“繁殖辐射”的实验。然而，由于当时条件的限制，该系统并没有得到研究人员的认可。1955年，以Colli等人为代表的意大利物理实验组在前人研究的基础上，将植物芽置于光电倍增管上，观察到了超微弱发光现象，引起了研究者的关注，并导致了微弱光信号检测技术的快速发展。20世纪60年代，许多国家用不同的检测仪器建立了不同的弱光电信号检测系统。70年代，德国领导的POP团队从弱光信号的物理机制出发，对弱光信号的光谱特性进行了研究，通过实验验证了光子技术系统的理论设计，为光子统计方法在弱光信号检测中的应用提供了依据。技术奠定了重要的理论基础，是该领域的重大突破。80年代末，随着光电探测器和CCD（电荷耦合器件技术的飞速发展，ICCD（加强型电荷耦合器件，增强型电荷耦合器件）的诞生，基于微弱光信号的图像检测系统可以在微弱光信号的时间信息的同时获取空间信息。进入21世纪以来，弱光电信号检测技术的研究越来越成熟，使得系统的弱信号检测精度越来越高，非线性理论的研究也越来越成熟，并逐渐被引入弱光电信号检测领域，使得弱光电信号检测技术的研究越来越成熟。电子信号检测技术的研究取得了跨越式的发展。

综上所述，国外微弱光电信号检测的研究重点是非线性检测算法的研究，但这些检测系统在保证系统信噪比和实时性的同时，并不能保证检测精度。因此，研究高精度、实时、信噪比高的弱光电信号检测系统是必然的趋势。

弱光电信号检测技术的研究始于80年代，起步较晚，自1986年863计划以来已有20多年的发展历史。到目前为止，我国弱光电检测技术在材料、检测装置、工艺制造和应用等方面取得了一定的研究成果。以下是国内一些主要成就的总结。在大学研究方面，刘建科等西北工业大学以80C552处理器为主控制器，利用相关检测原理，在平台上实现了混合信号的白噪声滤波。在此基础上研制了“BHJ-400”型红外温度计。哈尔滨工业大学戴敬民教授研究了双向反射分布函数测量的原理，设计了一套集光、机、电为一体的双向反射分布函数自动测量系统。 结语

综上所述，可以看到国内外对于微弱光电信号检测技术的研究越来越重视。虽然该技术在国内外经历的发展时间较短，但目前已经有很多微弱光电信号检测方法应用比较成熟。下步该领域将要强化光电信号检测设备工作域度，在现有设备前提下进行优化，强化解析软件误差率。全面优化光电检测器电路设计，确保最终解析效果。

参考文献

[1]李芸. 微弱光电信号检测与采集技术研究[D]. 2016.

[2]何玲玲. 微弱光电信号采集与处理系统的研究[D]. 安徽大学, 2010.

[3]张俊明, 邱丽荣, 赵维谦, et al. 激光方向稳定装置中的微弱光电信号检测技术研究[C]// 中国兵工学会光学与光电技术交流会. 2011.

[4]杨晓娅. 微弱光信号检测系统的设计与研究[D]. 郑州大学.

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