一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统，包括依次电连接的驱动和淬灭模块、信号调理模块、计数和控制模块、显示装置；所述驱动和淬灭模块，将紫外光子入射产生的光信号转换为电压脉冲信号并进行采样和淬灭；所述信号调理模块，对电压脉冲信号进行放大以及和阈值电压比较，输出方形脉冲信号；所述计数和控制模块，输出双路电平分别至信号调理模块和驱动和淬灭模块，采集并存储信号调节模块输出的方形脉冲信号，输出至显示装置显示，本申请对微弱紫外辐射的探测灵敏度高，稳定性好，可以适用不同场景下的单光子探测需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统
本技术属于光子计数
，具体涉及一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统。
技术介绍
紫外探测技术在导弹预警、天文观测、环境检测、水净化处理等领域都有非常广阔的应用前景，近年来受到光电探测领域研究者的注意。由于大气对紫外线有强烈的吸收和散射，导致有实际的探测过程中，紫外信号一般比较微弱，所以目前紫外探测技术的关键是高性能的探测器件，尤其是能探测微弱光信号的探测器件。可用于紫外微弱信号探测的器件有很多，但是，传统的紫外微弱信号探测系统灵敏度较低，动态范围不高，稳定性较差，使用寿命短，系统参数不可调导致应用范围窄。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统及方法。为实现上述技术目的，本技术采取的技术方案为：一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统，其中：包括依次电连接的驱动和淬灭模块、信号调理模块、计数和控制模块、显示装置；所述驱动和淬灭模块，将紫外光子入射产生的光信号转换为电压脉冲信号并进行采样和淬灭；所述信号调理模块，对电压脉冲信号进行放大以及和阈值电压比较，输出方形脉冲信号；所述计数和控制模块，输出双路电平分别至信号调理模块和驱动和淬灭模块，采集并存储信号调节模块输出的方形脉冲信号，输出至显示装置显示。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的驱动和淬灭模块包括雪崩光电二极管、采样电阻、淬灭电阻、滤波电容和可调高压电源，所述雪崩光电二极管P极分别与采样电阻和信号调理模块连接、所述雪崩光电二极管N极与淬灭电阻连接，对电压脉冲信号进行采样和淬灭，所述可调高压电源的输出端与淬灭电阻连接，所述可调高压电源输出端和接地端分别连接滤波电容正极和负极，所述可调高压电源的电压调节端与计数和控制模块连接，所述可调高压电源高压电源的电源端连接12V外接电源。上述的信号调理模块包括放大电路和比较器，所述放大电路包括前置放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3，所述前置放大器的同相输入端连接雪崩光电二极管的p极和电阻R1，所述电阻R1另一端接地，所述前置放大器的反向输入端并连电阻R2和电阻R3，所述电阻R2另一端串联电阻R1，所述电阻R3另一端和前置放大器的输出端均连接比较器的同相输入端，所述比较器的反向输入端连接双路数模转换器对电压脉冲信号与预设的阈值进行比较，所述比较器的输出端连接计数和控制模块。上述的计数和控制模块包括定时器、计数器、双路数模转换器、电压跟随器，所述定时器与计数器连接，所述计数器连接显示装置，所述双路数模转换器连接电压跟随器，所述电压跟随器分别连接比较器的反向输入端和可调高压电源的电压调节端。上述的比较器采用AD86111型号，所述前置放大器采用OPA322型号。上述的计数和控制模块采用STM32F03型号单片机。上述的定时器时间周期1S。本技术的有益效果：1.利用雪崩效应和光子计数模式对微弱紫外辐射进行探测，比传统的紫外探测器灵敏度高，动态范围大，可以适用不同场景下的单光子探测需求。2.采用淬灭电阻对电流进行限制，提高了本系统的稳定性和使用寿命。3.通过调节紫外探测器的偏置电压，可根据应用场景对系统的探测灵敏度进行调节，扩大系统的应用范围。附图说明图1是本技术的结构框图；图2是本技术的驱动和淬灭模块电路图；图3是本技术的信号调理模块电路图。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例作进一步详细描述。如图1所示，雪崩光电二极管工作于盖革模式，可调高压电源输出端输出合适的驱动电压驱动雪崩光电二极管工作，当紫外光子入射至雪崩光电二极管，产生雪崩电流使雪崩光电二极管被击穿，采集电阻提取一个标准的电压脉冲信号输入放大电路，同时淬灭电阻及时淬灭雪崩电流，使雪崩光电二极管复位至初始状态，进入新一轮的待测状态；放大电路采用10倍放大倍数，使电压信号放大到伏级，以便于比较器工作，放大器采用负反馈放大电路，放大后的电压脉冲信号经过比较器与阈值电压进行比较，当电压脉冲信号幅度大于阈值电压时，输出幅值为5V的方形脉冲信号；设置计数和控制模块内定时器的计时周期为1S，计数器采集并存储比较电路输出的方形脉冲信号，并按定时器的周期输出显示在显示装置上，然后清零开始下一个周期的检测；如图2所示为驱动和淬灭模块电路图，驱动和淬灭模块包括雪崩光电二极管、采样电阻、淬灭电阻、滤波电容和可调高压电源，所述雪崩光电二极管P极与采样电阻连接，同时作为信号输出端口，与信号调理模块连接；N极与淬灭电阻连接；所述淬灭电阻另一端与可调高压电源连接，同时连接电容的正极；所述可调高压电源有五个管脚，其中输出端与淬灭电阻和电容相连，电源端与12V输入电压相连，电压调节端与电压跟随器连接，GND端连接电容和采样电阻并接地。双路数模转换器分别输出两路电平DAC1和DAC2，其中DAC1经过电压跟随器与电压调节端相连，DAC1为0-3.3V，输出端按比例输出0-200V的高电压。如图3所示为信号调理模块电路图，所示信号调理模块包括放大电路和比较器，所述放大电路包括前置放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3，所述前置放大器的同相输入端连接雪崩光电二极管的输出端和电阻R1，所述电阻R1另一端接地，所述前置放大器的反向输入端并连电阻R2和电阻R3，所述电阻R2另一端串联电阻R1，所述电阻R3另一端和前置放大器的输出端均连接比较器的同相输入端，所述比较器的反向输入端连接电压跟随器，比较器对电压脉冲信号与预设的阈值进行比较，所述比较器的输出端连接计数和控制模块。其中放大电路对电压脉冲信号进行10倍放大，然后输入至比较器同相输入端与预设的阈值电压比较，当电压脉冲信号电平大于阈值电压时，比较器输出5V的方形脉冲信号；电阻R1、电阻R2、电阻R3阻值分别为1kΩ、1kΩ和9kΩ，前置放大器采用OPA322型号，比较器采用AD86111型号，将双路数模转换器输出的DAC2作为阈值电压。主要工作原理：计数和控制模块的双路数模转换器输出两路电平DAC1和DAC2，其中DAC1为0-3.3V，连接至可调高压模块电压调节端，输出端按比例输出0-200V的高电压。可调高压模块输出端通过淬灭电阻RL连接至雪崩光电二极管的N极，雪崩光电二极管的P极通过采样电阻RS接地，计数和控制模块调节DAC1的输出电平，使雪崩光电二极管处于盖革模式，DAC1典型值为3V。当有紫外光子入射，由于雪崩效应，驱动和淬灭模块输出端有电流脉冲输出，在采样电阻RS的非接地端产生电压脉冲。放大电路对电压脉冲信号进行10倍放大，然后输入至比较器同相输入端与预设的阈值电压DAC2比较，当电压脉冲信号电平大于阈值电压时，比较器输出方形脉冲信号；DAC2的典型值为2V。设置定时器时间周期，计数器捕捉并存储方形脉冲信号，并按周期输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统，其特征在于，包括依次电连接的驱动和淬灭模块、信号调理模块、计数和控制模块、显示装置；/n所述驱动和淬灭模块，将紫外光子入射产生的光信号转换为电压脉冲信号并进行采样和淬灭；/n所述信号调理模块，对电压脉冲信号进行放大以及和阈值电压比较，输出方形脉冲信号；/n所述计数和控制模块，输出双路电平分别至信号调理模块和驱动和淬灭模块，采集并存储信号调节模块输出的方形脉冲信号，输出至显示装置显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统，其特征在于，包括依次电连接的驱动和淬灭模块、信号调理模块、计数和控制模块、显示装置；
所述驱动和淬灭模块，将紫外光子入射产生的光信号转换为电压脉冲信号并进行采样和淬灭；
所述信号调理模块，对电压脉冲信号进行放大以及和阈值电压比较，输出方形脉冲信号；
所述计数和控制模块，输出双路电平分别至信号调理模块和驱动和淬灭模块，采集并存储信号调节模块输出的方形脉冲信号，输出至显示装置显示。


2.根据权利要求1所述的一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统，其特征在于：所述驱动和淬灭模块包括雪崩光电二极管、采样电阻、淬灭电阻、滤波电容和可调高压电源，所述雪崩光电二极管P极分别与采样电阻和信号调理模块连接、所述雪崩光电二极管N极与淬灭电阻连接，对电压脉冲信号进行采样和淬灭，所述可调高压电源的输出端与淬灭电阻连接，所述可调高压电源输出端和接地端分别连接滤波电容正极和负极，所述可调高压电源的电压调节端与计数和控制模块连接，所述可调高压电源高压电源的电源端连接12V外接电源。


3.根据权利要求2所述的一种基于雪崩器件的便携紫外光子计数系统，其特征在于：所述信号调理模块包括放大电路和比较器，所述放大电路包括前置放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32