时间分辨微弱信号检测及其在LIBS中的应用

发布时间：2017-08-25 06:46

  本文关键词：时间分辨微弱信号检测及其在LIBS中的应用

  更多相关文章： 光谱学 激光诱导击穿光谱 门控光电倍增管 时间分辨 微弱信号检测

【摘要】：激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的分析灵敏度会明显受到等离子体中电子轫致辐射的影响。由于电子轫致辐射的弛豫时间一般比原子辐射的弛豫时间短,因而可以采用时间分辨的信号检测技术来提高信号与背景之比。本文结合光电倍增管、以及光电倍增管的外围硬件电路方面完成门控电路和放大电路的设计。该系统实现的主要过程是:门控光电倍增管完成光电转换,利用高速放大器完成电信号的变换,通过数字存储示波器显示和记录数据。首先本文从光电倍增管的工作原理、控制电路方面分别阐述了光电倍增管的外围电路的设计方法。选择了带宽增益较高的THS4012作为放大器完成了光电信号的提取。采用带有一种简单的新门控电路的光电倍增管来检测LIBS中的信号并以更高的分析灵敏度分析了铝合金样品中的铜杂质。该门控光电倍增管对背景的抑制比可达15∶1。铝合金中铜的检出限达到了1.02ppm,与不采用门控技术相比有明显改善。这种门控的光电倍增管可以用于降低LIBS技术中背景辐射的影响,同时改善LIBS的分析灵敏度和空间分辨本领。本文还采用一种新的门控放大器,来实现对光电倍增管出来的信号进行选择合适的采样门,以消除电子轫致辐射对原子辐射信号检测的干扰,也同样实现时间分辨的原子辐射光谱探测。不仅如此,在之前门控光电倍增管基础上,改善了之前的场效应管的开关效应,抑制开关效应,而且,还增加了放大倍数,使得探测灵敏度进一步提升。本论文以光电子学理论为基础,以门控光电倍增管、低噪声宽带放大电路为技术为支撑,开展实用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的研究与设计工作。主要工作包括控制电路的设计和优化、低噪声宽带放大电路设计、门控放大器和部分实验工作。实验结果表明,系统的整体设计可行,测量精度与稳定性等达到实验要求。
【关键词】：光谱学 激光诱导击穿光谱 门控光电倍增管 时间分辨 微弱信号检测
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.23;TN247
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 论文选题的背景和意义10-11
• 1.2 门控技术国内外研究现状11-12
• 1.2.1 国内技术现状11-12
• 1.2.2 国外技术现状12
• 1.3 微弱信号检测国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国内技术现状12-13
• 1.3.2 国外技术现状13-14
• 1.4 激光诱导击穿光谱LIBS简介14-15
• 1.4.1 基本原理14
• 1.4.2 LIBS的特点及应用14-15
• 1.5 本文的研究内容及意义15-17
• 1.5.1 研究内容15-16
• 1.5.2 研究意义16-17
• 1.6 论文框架结构介绍17-18
• 第二章 系统设计18-33
• 2.1 PMT电路设计18-22
• 2.1.1 PMT简介19
• 2.1.2 PMT的选择19
• 2.1.3 PMT的工作原理和特性19-20
• 2.1.4 PMT的高压接法20-22
• 2.2 门控技术22-27
• 2.2.1 场效应管的选择22-24
• 2.2.2 控制电路的设计24-27
• 2.3 门控电路的制作与测试27-28
• 2.4 放大电路设计28-32
• 2.4.1 放大电路设计思路28-29
• 2.4.2 运算放大器的选择29-30
• 2.4.3 放大电路设计30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 门控技术在LIBS中的应用33-44
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验34-37
• 3.3 结果和讨论37-43
• 3.3.1 时域谱观测37-40
• 3.3.2 激光能量和烧蚀坑洞40-42
• 3.3.3 分析灵敏度42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 门控放大器44-53
• 4.1 引言44
• 4.2 主要研究内容和技术指标44-46
• 4.2.1 主要研究内容44-45
• 4.2.2 技术指标45-46
• 4.3 放大电路运算放大器的选择46-47
• 4.4 放大电路主要电路的设计与分析47-48
• 4.5 实验48-49
• 4.6 结果和讨论49-52
• 4.6.1 时域谱观测49-50
• 4.6.2 门控光电倍增管和门控放大器的比较50-52
• 4.7 本章小结52-53
• 结论53-55
• 展望55-56
• 参考文献56-63
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果63-64
• 致谢64-65
• 附件65

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本文编号：735673