内调制微光检测技术

　　互相关检测的原理如图3所示。已知输入信号S（t）的重复周期或频率，用一重复周期与输入信号相同的参考信号y（t）与混有噪声n（t）的输入信号进行相关。则互相关函数

Rsy（l）包涵了信号S（t）所携带的信息，这样就能把信号S（t）检测出来。
3　模拟电路的设计与结构
　　内调制微光检测系统的信号处理部分的基本原理如图4所示，主要由信号通道、参考脉冲、乘法器、采样保持电路、量程自动换档和精密稳压电路组成。
　　内调制探测器输出的交流电流信号经I－V转换后成为交流电压信号，其数学表达式为Vi＝Vm cosωt，由于信号的信噪比很小，因此，选频放大电路必须改善信号的信噪比。由最大信噪比原理可知，选频放大电路的频率函数为：

由上式可知，选频放大电路的频率函数为冲击脉冲，可以用窄带带通滤波器来实现，我们采用巴特沃兹（Butterworth）二阶带通滤波器，巴特沃兹二阶滤波器在通带内具有最平坦的频幅特性，能够很好地改善探测器输出信号的信噪比。二阶巴特沃兹滤波器的结构如图5所示。其中心角频率通过适当的调整使其中心角频率和探测器输出信号的频率相同，使得探测器输出信号经过滤波器后幅度增益最大。这样，选频放大器输出信号的峰值和光强成正比。

　　参考脉冲是信号处理系统一个非常重要的部分。方波发生器产生一定频率适合调制的方波信号，经波形变换为同频率的正弦交流小信号，叠加在探测器的栅极将其输出调制为交流信号，其输出信号峰值和光强成正比。方波发生器同时还产生一路与调制信号同频率的信号，通过脉冲宽度调制得到一定宽度适合与选频放大输出信号相关的脉冲方波信号，经延时后使之与选频放大输出的交流信号的峰值同步，同时，该脉冲信号作为乘法器输出信号的采样触发脉冲。选频放大器输出的信号，由于其增益非常高，增强了放大器本身噪声的影响，因而有必要对其输出信号进行滤噪处理。我们根据互相关检测的原理利用光电耦合器作为开关式乘法器对其进行滤噪处理。从乘法器输出的信号为一脉冲信号，其峰值和输入光信号的光强成正比，为了便于A／D转换处理，我们用一峰值采样保持电路在其峰值处取样，并保持在采样脉冲低电平周期内不变，从而得到与输入光信号的光强成正比地直流电压信号。
4　结束语
　　作为微弱光的检测系统，检测极限是其一个非常重要的参数。为了检验内调制微光检测系统的检测极限，我们将其制作的微光仪送至中国计量科学研究院进行测试。系统检测极限的照度和光功率结果如表1所示，表明该系统可检测到6．5×10－6Lx的微光。在波长λ＝870nm处，辐照度为4．081×10－11W／cm2时，系统显示值为1．3×10－3，内调制光电探测器的面积A＝700×700（μm）2，由此可算出系统的最小检测功率约为2×10－13W。

　　从实验结果来看，内调制微光检测系统利用探测器的内调制光电特性，将光信号转变为受调制的交流电信号，方便了后级电路的处理，克服了传统微弱光检测的缺点。这种内调制微光检测技术是一项基础性技术，能检测从紫外到中红外的微光，也可检测微弱的脉冲光。在工业、农业、国防、科技、环保、医疗卫生、食品卫生检查等领域有着广泛的用途。利用该技术研制出的内调制光纤比色温度仪，已用于冶金行业中的在线测温。

参考文献

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2　何民才，黄启俊，戴　锋．内调制光纤比色温度传感器．仪表技术与传感器，1998，（3）：7～9
3　He Mincai，Long Li，Huang Qijun，et al．IntramodulatedPhotodetector．Sensors and Acruators A，1993，35：227～230
4　钱浚霞，郑坚立．光电检测技术．北京：机械工业出版社，1993：112～167