一種高精度單光子探測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高精度單光子探測電路，包括光電倍增管、運算放大器和信號甄別比較器，其中在運算放大器和信號甄別比較器之間還設(shè)置一RLC串聯(lián)諧振電路，該電路中電感兩端的電壓作為光子脈沖信號的甄別電壓輸出到信號甄別比較器進(jìn)行光子信號甄別；所述RLC串聯(lián)諧振電路中的電感是采用屏蔽線構(gòu)成的一個單圈電感。單圈電感的感量可以通過調(diào)整屏蔽線的長度實現(xiàn)。本實用新型降低了運算放大器的性能要求，同時通過串聯(lián)諧振電路來進(jìn)行選頻放大，實現(xiàn)了極弱光信號的高精度探測。
【專利說明】一種高精度單光子探測電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及單光子計數(shù)研究領(lǐng)域，特別涉及一種高精度單光子探測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]單光子計數(shù)技術(shù)主要應(yīng)用在極弱光的檢測，而極弱光檢測在生物發(fā)光、電致化學(xué)發(fā)光等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。一般情況下，極弱光的光子計數(shù)系統(tǒng)主要包括:光電倍增管、高壓電源、光子信號放大電路、脈沖計數(shù)器和單片機(jī)控制系統(tǒng)等。通過上述的系統(tǒng)對光電轉(zhuǎn)換后的電脈沖信號進(jìn)行計數(shù)實現(xiàn)單光子計數(shù)。
[0003]目前，對于單光子計數(shù)系統(tǒng)，光電倍增管、高壓電源、脈沖計數(shù)器和控制系統(tǒng)等在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟。但是，對于光子信號的探測電路關(guān)注相對較少，通常采用的方法是:利用高速運算放大器對光電倍增管的輸出信號進(jìn)行直接放大，然后通過閾值設(shè)定將光子脈沖信號從噪聲電流和暗電流中分離出來，直接送入脈沖計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。這種設(shè)計存在一系列問題，如:1、對運算放大器的性能要求高，一般情況下，運算放大器隨著放大倍數(shù)的增力口，其響應(yīng)頻率急劇下降，而光電倍增管輸出的脈沖信號很弱，為了滿足后續(xù)的計數(shù)器對光子脈沖電壓的要求，又必須進(jìn)行高倍的信號放大，因此大多數(shù)運算放大器難以滿足光子探測的要求；2、光電倍增管輸出信號經(jīng)運算放大器放大的同時，噪聲信號和暗電流信號同時被放大，這給后續(xù)的光子脈沖信號的甄別帶來難度，當(dāng)閾值設(shè)定過高，會有部分光子信號被濾除，閾值設(shè)定過低，則會使噪聲信號或暗電流信號進(jìn)入計數(shù)器，從而導(dǎo)致光子計數(shù)的精度低，而合適的閾值選擇會受到運算放大器的個體差異、放大電路中的電阻誤差及濾波電容的誤差等影響，因此對于光子計數(shù)系統(tǒng)閾值的設(shè)定，沒有通用的方法可參考。
[0004]因此，設(shè)計一種可方便調(diào)節(jié)的單光子探測電路，對于實現(xiàn)高精度單光子計數(shù)具有重要意義。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種高精度單光子探測電路，該探測電路通過設(shè)置一個可調(diào)節(jié)電感感量的串聯(lián)諧振電路來進(jìn)行選頻放大，實現(xiàn)了極弱光信號的高精度探測。
[0006]本實用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):一種高精度單光子探測電路，包括光電倍增管、運算放大器和信號甄別比較器，其中在運算放大器和信號甄別比較器之間設(shè)置一 RLC串聯(lián)諧振電路，該電路中電感兩端的電壓作為光子脈沖信號的甄別電壓輸出到信號甄別比較器進(jìn)行光子信號甄別；所述RLC串聯(lián)諧振電路中的電感是采用屏蔽線構(gòu)成的一個單圈電感。增加此諧振電路可以對運算放大器的輸出信號進(jìn)行選頻放大，從而可以有效地抑制噪聲和光電倍增管的暗電流信號。
[0007]優(yōu)選的，所述運算放大器的放大倍數(shù)為10-50倍。由于在本實用新型中，只需要運算放大器進(jìn)行初步放大，因此一般現(xiàn)有的高速運算放大器均能夠滿足要求。
[0008]優(yōu)選的，所述RLC串聯(lián)諧振電路的固有頻率與光子信號的脈沖頻率相同。因此可以在放大光子信號的同時，有效地抑制噪聲和光電倍增管的暗電流信號。
[0009]優(yōu)選的，所述單圈電感是將屏蔽線一端的芯線與屏蔽層短接。
[0010]進(jìn)一步的，所述屏蔽線形成的單圈電感的感量是通過調(diào)整屏蔽線的長度實現(xiàn)。
[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0012]1、本實用新型通過使用串聯(lián)諧振電路對光電倍增管輸出的光子脈沖信號進(jìn)行選頻放大，可以有效降低對運算放大器的性能要求，從而運算放大器所起的作用僅僅是對光電倍增管的輸出信號進(jìn)行初步放大，因此對運算放大器的頻率響應(yīng)帶寬要求不高，一般的高速運算放大器都能滿足要求，降低了電路的成本，易于搭建。
[0013]2、本實用新型采用串聯(lián)諧振電路對運算放大器的輸出信號進(jìn)行再放大，可以再放大上千倍,而不會影響整個放大電路的頻率響應(yīng)特性。
[0014]3、本實用新型采用串聯(lián)諧振電路有很好的選頻放大功能，將串聯(lián)諧振電路的固有頻率設(shè)計成與光子脈沖信號頻率相同，在放大光子信號的同時，可以有效地抑制噪聲和光電倍增管的暗電流信號。
[0015]4、本實用新型中串聯(lián)諧振電路中的電感是采用屏蔽線構(gòu)成一個單圈電感，屏蔽線長度可調(diào)，通過調(diào)整屏蔽線的長度可對電感感量進(jìn)行微調(diào)，可以方便調(diào)整由于放大電路的元件差異而引起的頻率響應(yīng)的偏離，大大增強了儀器設(shè)計和生產(chǎn)的靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0018]實施例1
[0019]如圖1所示，本實施例一種高精度單光子探測電路，包括光電倍增管101、運算放大器102、RLC串聯(lián)諧振電路和信號甄別比較器105，其中RLC串聯(lián)諧振電路設(shè)置于運算放大器102和信號K別比較器106之間，具體包括一電容103、一電阻104和一電感105。
[0020]本實施例中，光電倍增管101輸出的光子脈沖信號通過運算放大器102初步放大，進(jìn)入由電容103、電阻104和電感105組成的RLC串聯(lián)諧振電路進(jìn)行選頻放大，電感105兩端的電壓作為光子脈沖信號的甄別電壓輸出到信號甄別比較器106進(jìn)行光子信號甄別。
[0021]本實施例中RLC串聯(lián)諧振電路的固有頻率與光子信號的脈沖頻率相同。其電感105是采用屏蔽線代替，將屏蔽線一端的屏蔽層與芯線短接，構(gòu)成一個單圈電感，通過調(diào)整屏蔽線的長度對電感感量進(jìn)行微調(diào)。
[0022]本實施例中，光電倍增管采用CR341，運算放大器采用EL5162，信號甄別比較器采用AD8611。所采用的RLC串聯(lián)諧振電路的工作參數(shù)是:R=50歐姆；C=10pf ；L=0.1mH。
[0023]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度單光子探測電路，其特征在于，包括光電倍增管、運算放大器和信號甄別比較器，其中在運算放大器和信號甄別比較器之間設(shè)置一 RLC串聯(lián)諧振電路，該電路中電感兩端的電壓作為光子脈沖信號的甄別電壓輸出到信號甄別比較器進(jìn)行光子信號甄別；所述RLC串聯(lián)諧振電路中的電感是采用屏蔽線構(gòu)成的一個單圈電感。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度單光子探測電路，其特征在于，所述運算放大器的放大倍數(shù)為10-50倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度單光子探測電路，其特征在于，所述RLC串聯(lián)諧振電路的固有頻率與光子信號的脈沖頻率相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度單光子探測電路，其特征在于，所述單圈電感是將屏蔽線一端的芯線與屏蔽層短接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度單光子探測電路，其特征在于，所述屏蔽線形成的單圈電感的感量是通過調(diào)整屏蔽線的長度實現(xiàn)。
【文檔編號】G01J11/00GK203785792SQ201420161328
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】羅文波 申請人:廣州博鷺騰儀器儀表有限公司