嵌入式APD微弱光信号探测系统研究

发布时间：2017-08-19 06:17

  本文关键词：嵌入式APD微弱光信号探测系统研究

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【摘要】：随着微弱信号探测技术发展,利用APD对微弱光信号探测也越来越受到重视,而APD工作外围电路设计的好坏直接影响着整个探测系统的性能。为了能够合理的设置最佳偏压,有效地抑制噪声、更好的发挥APD高灵敏度的优势,同时实现微弱光信号探测系统的便携式、小型化,本文在研究APD雪崩工作原理基础上,采用现代集成电路技术结合嵌入式技术、半导体制冷技术,设计了嵌入式APD微弱光信号探测系统。文中首先研究了APD反向偏置电压和工作环境温度对APD参数的影响,搭建了偏压电路、放大电路、滤波电路和恒温控制电路等硬件单元;并完成了嵌入式Linux系统的移植、驱动程序的编写与移植以及Qt图形界面程序的编写与移植。最终研制了嵌入式APD微弱光信号探测系统。其次,利用正常且稳定运行的嵌入式APD微弱光信号探测系统在不同的反向偏置电压和不同的工作环境温度下分别对APD输出的暗电流大小和APD倍增因子的大小进行了测量。然后,利用Qt图形界面程序分别描绘出了APD的暗电流和倍增因子与其两端所加的反向偏置电压和工作环境温度的关系曲线。最后,对得到的曲线进行分析,得到了APD的最佳工作点,设置APD工作在最佳工作点,并显示了测试的结果。
【关键词】：嵌入式 APD 偏置电压 恒温 Qt
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 引言8
• 1.2 国内外发展情况8-13
• 1.2.1 高压发生电路研究现状9-11
• 1.2.2 恒温控制技术研究现状11
• 1.2.3 APD放大电路发展情况11-13
• 1.3 论文内容安排13-15
• 第二章 总体方案15-20
• 2.1 系统总体方案设计15-16
• 2.2 功能模块简介16-20
• 2.2.1 具有温度补偿的偏压电路功能模块16-17
• 2.2.2 放大电路功能模块17
• 2.2.3 APD恒温控制功能模块17-18
• 2.2.4 温度、偏压设定及显示功能模块18
• 2.2.5 嵌入式硬件平台功能模块18-19
• 2.2.6 软件功能模块划分19-20
• 第三章 微弱光信号探测器的选择20-33
• 3.1 光电倍增管（PMT）20-21
• 3.2 真空雪崩光电二极管（vAPD）21-22
• 3.3 雪崩光电二极管（APD）22-25
• 3.4 APD相关参数特性25-32
• 3.4.1 雪崩电压25
• 3.4.2 量子效率η25-26
• 3.4.3 倍增因子26-27
• 3.4.4 暗电流27-29
• 3.4.5 噪声29-30
• 3.4.6 灵敏度30-31
• 3.4.7 信噪比31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 嵌入式APD探测系统硬件设计33-51
• 4.1 偏压电路设计33-41
• 4.1.1 数控偏压模块的组成34-35
• 4.1.2 直流高压电路的设计35-38
• 4.1.3 温度补偿电路的设计38-41
• 4.2 放大电路设计41-43
• 4.3 滤波电路设计43-45
• 4.4 恒温控制单元设计45-49
• 4.4.1 半导体加热制冷原理45-46
• 4.4.2 水冷型恒温腔设计46-47
• 4.4.3 温度信息采集47-48
• 4.4.4 温度控制单元的硬件实现48-49
• 4.5 嵌入式系统硬件平台49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 嵌入式APD探测系统软件实现51-61
• 5.1 嵌入式操作系统移植51-58
• 5.1.1 安装交叉编译器53-54
• 5.1.2 uboot移植54
• 5.1.3 制作嵌入式Linux内核54-55
• 5.1.4 制作根文件系统55-57
• 5.1.5 挂载根文件系统57-58
• 5.2 驱动程序编写与移植58-59
• 5.3 Qt图形界面程序编写与移植59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 系统调试与结果分析61-64
• 总结64-65
• 参考文献65-67
• 致谢67

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本文编号：699132