[发明专利]一种高动态范围的光子计数型微弱光信号测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种高动态范围的光子计数型微弱光信号测量装置，包括光时域反射传感系统、波形发生器、门控信号发生模块、探测器驱动模块、信号处理模块、时间信号分析模块和处理器；处理器最终获得不同时间点光子计数的比率。门控信号发生模块包括依次连接的正弦信号发生模块、幅度调制器、带通滤波器和幅度放大模块；信号处理模块包括带阻滤波器、信号放大模块和判决器。本发明还公开了一种高动态范围的光子计数型微弱光信号测量方法。本发明能够实现在单个测量周期内，即可实现对微弱光信号大动态范围的测量，测量效率高、可以显著缩短测量时间。

主权项

一种高动态范围的光子计数型微弱光信号测量装置，包括光时域反射传感系统、波形发生器、门控信号发生模块、探测器驱动模块、信号处理模块、时间信号分析模块和处理器；其中：光时域反射传感系统，用于输出背向散射光信号、第一路同步信号和第二路同步信号；波形发生器，用于接收第一路同步信号并且产生调制信号；门控信号发生模块，用于接收调制信号并产生门控信号；探测器驱动模块，用于接收背向散射光信号和门控信号，输出雪崩脉冲信号以及容性背景噪声；信号处理模块，用于从容性噪声背景中分离出雪崩脉冲信号，转换成幅度满足逻辑电平预设要求的数字信号；时间信号分析模块，用于接收第二路同步信号和数字信号并进行处理，获得每个周期内各时间点光子的数量；处理器，对接收的每个周期内各时间点光子的数量进行累加、修正处理后，获得不同时间点光子计数的比率；其特征在于，所述门控信号发生模块包括依次连接的正弦信号发生模块、幅度调制器、带通滤波器和幅度放大模块；其中，正弦信号发生模块用来产生基准正弦门控信号，该基准正弦门控信号和调制信号输入至幅度调制器，幅度调制器用来调制基准正弦门控信号，使得在一个探测周期内，幅度调制器输出的门控信号的幅度随时间逐渐由小变大；带通滤波器用于对调制后的门控信号进行滤波并输出门控信号；幅度放大模块对门控信号的幅度放大后输出至探测器驱动模块；所述信号处理模块包括带阻滤波器、信号放大模块和判决器；其中，带阻滤波器用于抑制容性背景噪声并将雪崩脉冲信号输出，信号放大模块为雪崩脉冲信号提供增益，判决器用于将接收的雪崩脉冲信号转换成幅度满足逻辑电平预设要求的数字信号。