微弱光信號檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、微弱光檢測在軍事、生物化學(xué)、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本課題以微弱光檢測應(yīng)用于生物樣品測定為背景，根據(jù)生物樣品測定中微弱熒光和生物/化學(xué)發(fā)光的檢測需求，研發(fā)了微弱光檢測系統(tǒng)，滿足了微弱熒光、生物/化學(xué)發(fā)光的檢測要求。
　　本文首先闡述了國內(nèi)外微弱光檢測技術(shù)的研究進(jìn)展，介紹了幾種常用的光電探測器和微弱光檢測方法，對課題中采用的兩種微弱光檢測方法取樣積分法和光子計數(shù)法的基本原理進(jìn)行了分析，對相關(guān)檢測法做了簡要概述；在此基礎(chǔ)提出了微弱光檢

2、測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，詳細(xì)介紹了硬軟件設(shè)計，最后，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并建立測試系統(tǒng)和方法進(jìn)行應(yīng)用測試。
　　系統(tǒng)總體設(shè)計包括：基于光電二極管的微弱光檢測器總體設(shè)計、基于光電倍增管的單光子計數(shù)器總體設(shè)計、PC端上位機(jī)人機(jī)界面，以及上位機(jī)與兩個檢測器之間基于Modbus-RTU通信協(xié)議的串口通信。具體有基于光電二極管的微弱光檢測器光路設(shè)計、基于光電倍增管的單光子計數(shù)器光路設(shè)計、光電二極管的選擇、基于光電二極管的微弱光檢測器嵌入式微控制器的

3、選擇、光電倍增管的選擇、基于光電倍增管的單光子計數(shù)器脈沖計數(shù)器的選擇。
　　系統(tǒng)硬件設(shè)計包括：(1)基于光電二極管的微弱光檢測器硬件設(shè)計，包括光源驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路和信號采集電路的設(shè)計；(2)基于光電倍增管的單光子計數(shù)器硬件設(shè)計，包括光電子脈沖信號調(diào)理電路設(shè)計與脈沖計數(shù)電路設(shè)計。
　　系統(tǒng)軟件設(shè)計包括：(1)應(yīng)用層通信協(xié)議設(shè)計；(2)基于光電二極管的微弱光檢測器驅(qū)動軟件設(shè)計；(3)基于光電倍增管的單光子計數(shù)器驅(qū)動軟件設(shè)計

4、和脈沖計數(shù)軟件設(shè)計；(4)PC端上位機(jī)測試軟件設(shè)計。
　　經(jīng)過實際微弱光的驗證測試，結(jié)果表明：微弱光檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了微弱光檢測的目標(biāo)。其中，基于光電二極管的微弱光檢測器的光譜響應(yīng)范圍為400-750nm，檢測下限為0.1nW，線性度>98％，動態(tài)響應(yīng)范圍<300Hz，基于光電倍增管的單光子計數(shù)器光譜響應(yīng)范圍為250-650nm，暗計數(shù)率<100s-1，均值為19s-1，最大計數(shù)率>107s-1，兩種檢測器的性能指標(biāo)達(dá)到實際使用的要求