[发明专利]一种具备电荷富集的光电二极管电流检测装置及方法

权利要求书

1.一种具备电荷富集的光电二极管电流检测装置，其特征在于，包括：反应室、滤光片、光电二极管、采样开关、复位开关、放大电路以及信号处理和信号采集模块；

所述反应室为底面是开口的圆柱形空心腔体；所述反应室的顶部设有NO气体入口，所述反应室的两个侧面分别设有臭氧入口和尾气出口；通过所述臭氧入口进入所述反应室内的臭氧和通过所述NO气体入口进入所述反应室内的NO气体，在所述反应室内发生化学发光反应，产生微弱的红外光，反应后的尾气从所述尾气出口排出；

所述滤光片设置在所述反应室的开口处，用于密封所述反应室，并对化学发光反应产生的光进行滤光，去除杂散光干扰；

所述光电二极管设置在所述反应室的底测，所述滤光片将所述光电二极管与所述反应室进行物理隔离，并与反应室光密封；所述光电二极管反向使用，实现光电转换，所述光电二极管内部存在结电容，实现光电流累积和电荷存储；

所述复位开关与所述光电二极管并联连接，所述采样开关的一端与所述光电二极管的阴极连接，另一端与所述放大电路输入端连接；所述复位开关实现存储电荷的复位，采样开关实现信号采集；

所述放大电路包括：反馈电阻和反馈电容构成的电流-电压转换器；将存储的电荷信号进行比例放大。信号处理模块将放大后的信号进行平滑滤波处理，信号采集模块将处理后信号由ADC或TDC采集，变为数字信号。

2.根据权利要求1所述的一种具备电荷富集的光电二极管电流检测装置，其特征在于：所述反应室内部镀铝或镀银镜面处理，以获得更多光子。

3.根据权利要求1所述的一种具备电荷富集的光电二极管电流检测装置，其特征在于：所述光电二极管的暗电流范围0.1pA-1000nA，结电容范围1pF-10uF。

4.根据权利要求1所述的一种具备电荷富集的光电二极管电流检测装置，其特征在于：所述复位开关与所述采样开关均设置开关速度在ns至ms级；所述复位开关与所述采样开关为模拟开关或机械开关。

5.一种使用所述权利要求1～4所述的装置的一种具备电荷富集的光电二极管电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：电荷富集模式；当微弱信号时为准备阶段，复位开关关闭，采集开关打开，放大电路与光电二极管处于隔离状态，光电二极管处于短路状态，光电二极管内部存在结电容上的电荷为零，没有信号产生；

当电荷富集阶段，复位开关打开，采集开关打开，放大电路与光电二极管处于隔离状态，光电二极管产生光电流，向结电容充电，并富集电荷；

持续0.1-300s时间后，进入数据采集状态，复位开关保持打开，采集开关关闭，放大电路开始放大结电容上累积电荷，经信号处理和信号采集后获得所需累积后的微弱信号；

步骤2：循环所述步骤1的检测方法，连续不断的获得电荷富集后的信号；

步骤3：直接测量模式；当强信号时，复位开关一直保持打开，采集开关关闭，放大电路直接与光电二极管连接，直接测量实时光电流信号。

6.根据权利要求5所述的一种具备电荷富集的光电二极管电流检测方法，其特征在于：在准备阶段、电荷富集阶段和数据采集状态的时间可以动态调节，所述电荷富集阶段时间越长电荷累积越多信号越强，最强信号受到结电容容量限制。