[发明专利]一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，提出了一种基于雪崩光电二级管高灵敏度、宽带可见光波段谱线强度测量方法，具体为一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统。

背景技术

在中国科学院等离子体物理研究所自行研制的托卡马克装置EAST中，对处于可见光波长（390 nm -780 nm）范围内谱线强度的测量是不可或缺的重要诊断。

为了研究不同参数的等离子体所发出的处于可见光波长（390 nm-780 nm）范围内谱线强度的变化，尤其需要研究托卡马克工作气体（氢气或者氘气）的alpha谱线的强度变化，需要高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量系统。

目前国内外普遍采用PIN光电二级管或者光电倍增管来实现处于可见光波长（390 nm-780 nm）范围内氢或氘alpha谱线强度测量。

采用PIN光电二级管，由于响应差，从而灵敏度低，系统带宽窄。采用光电倍增管，体积大，可接近性差，容易受环境磁场干扰。

发明内容

本发明的目的是一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统，以解决现有测量氢或氘alpha谱线强度系统基于PIN光电二级管或者光电倍增管的技术存在的带宽窄、灵敏度低或者是体积大、可接近性差、易受磁场干扰等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统，其特征在于：包括由雪崩光电二极管构成的氢、氘alpha光接收模块、由精确高速运算放大器构成的电流电压转换模块、由视频运算放大器构成的输出放大模块，所述雪崩光电二极管的阳极通过导线与所述精确高速运算放大器的反相输入端连接，所述精确高速运算放大器的输出端通过导线与所述视频运算放大器的反相输入端连接，所述氢、氘alpha光接收模块的雪崩光电二极管将氢或氘alpha光信号转化为电流信号传送至电流电压转换模块，由电流电压转换模块的精确高速运算放大器转换成电压信号并放大后传送至输出放大模块，最后由输出放大模块的视频运算放大器再次放大后输出。

所述的一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统，其特征在于：所述氢、氘alpha光接收模块中雪崩光电二极管阴极接有偏压电路，所述偏压电路包括电池组，电池组正、负极之间串联接有电阻、电容，从所述电阻、电容之间引出有导线接入所述雪崩光电二极管的阴极。

所述的一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统，其特征在于：所述雪崩光电二极管配置有滤光片，氢或氘alpha光通过滤光片射入雪崩光电二极管。

所述的一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统，其特征在于：所述电流电压转换模块中精确高速运算放大器的同相输入端接地，输出端和反相输入端之间接有相互并联的反馈电阻、反馈电容，精确高速运算放大器的正、负电源端对应接外部电源正、负极，精确高速运算放大器的正、负电源端还分别各自通过并联的电容接地。

所述的一种高灵敏度、宽带氢或氘alpha谱线强度测量方法和系统，其特征在于：所述输出放大模块中视频运算放大器的同相输入端接地，输出端和反相输入端之间接有电阻，反相输入端通过另一电阻引入精确高速运算放大器输出端上的导线，视频运算放大器的正、负电源端对应接外部电源正、负极，视频运算放大器的正、负电源端还分别各自通过并联的电容接地。

本发明中，对处于可见光波长(390 nm-780 nm)范围内谱线氢或氘alpha强度测量，氢、氘alpha光接收模块通过雪崩光电二级管将光通量转换为电流，由于雪崩光电二级管对光通量响应高，具有内增益，从而完成了第一级转换和放大。

电流电压转化模块将氢、氘alpha光接收模块的电流转换成电压信号，提供放大功能，完成第二级放大，在这一级采用具有场效应管输入的精确高速运算放大器,提供高增益且保证宽带性能。

输出放大模块采用高性能的视频运算放大器，对电流电压转化模块的输出信号进一步放大，便于信号采集和示波器观察。

本发明灵敏度高，系统带宽宽，体积小，结构紧凑，可接近性好，不受环境磁场影响。

附图说明

图1为本发明系统框图。

图2为本发明系统电路原理图。

图3为本发明氢、氘alpha光接收模块电路图。

图4为本发明电流电压转化模块电路图。

图5为本发明输出放大模块电路图。

具体实施方式