光声光谱仪微弱信号检测电路的低噪声设计-论文.pdf

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1、第37卷第1期压电与声光Vo1．37N0．12015年02月PIEZOELECTRICS&AC0UST00PTICSFeb．2O15文章编号：1004—2474(2015)01—0149—05光声光谱仪微弱信号检测电路的低噪声设计赵彦东，方勇华，刘家祥，王安静(中国科学院安徽光学精密机械研究所，通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽合肥230031)摘要：光声光谱技术在变电站SF。气体分解产物，医疗诊断等场合的微量气体检测方面有着高灵敏度的特点。根据低噪声电子设计理论，设计了基于光声光谱探测技术的低噪声检测电路；从整个系统的角度出发，通过噪声模型对

2、系统噪声和信噪比进行计算，对电路进行分析并使用集成运算放大器设计前置放大电路和信号调理电路。实验测试结果表明，该检测电路可稳定的将光谱仪的光声信号转换为电信号，电路信噪比高，可靠性高且稳定性高。关键词：光声光谱；微弱信号；前置放大；低噪声；噪声模型中图分类号：TN722．3文献标识码：ALowNoiseDesignofWeakSignalDetectingCircuitforPh0t0一ac0usticSpectrometerZHAOYandong，FANGYonghua，LIUJiaxiang，WANGAnjing(AnhuiInstituteo

3、fOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences．KeyLab．ofOpticalCalibrationandCharacterization，Hefei230031，China)Abstract：Photo—acousticspectroscopytechnologyisincreasinglyusedforitshighsensitivitycharacteristicsinthedetectionofSF6decompositioninsubstationsandmedicaldiagnosis

4、．Akindoflownoisedesignofweaksignaldetectingcircuitisdesigned．AccordingtOthemodelofnoiseanalysis，thesystemtotalnoiseandSNRarecalculatedbasedonthetheoryoflownoisedesign．Thenthepre—amplifycircuitandsignalconditioningcircuitaredesignedbasedontheanalysisoftheoperationamplifiers．The

5、experimentalresultsshowthedetectioncircuitcantranslatethephoto—acousticsignaltOtheelectricsignalsteadily，whichhasthehighSNR，highreliabilityandhighstability．Keywords：photo—acousticspectroscopy；weaksignal；pre—amplifycircuit；lownoisedesign；noisemodel0引言能力，增益稳定，运算放大器的选型，元器件的噪声和数模混

6、合印刷电路板(PCB)设计对噪声的影响。光声光谱技术在测量微量气体场合有着其特有的优势，即灵敏度高，可靠性好。常应用于变电站故1光声光谱仪的原理障气体检测，医疗诊断和环境污染检测等。其具有光声光谱仪的检测原理如图1所示。将聚焦、线性度好、检测快速、结构紧凑和抗干扰能力强等优调制和滤光后的红外光束入射到光声池，光声池中点。充满了被测气体，被测气体的分子吸收红外光源的在光声光谱检测技术中如何避免电路的噪声对能量，将吸收的光子能量通过无辐射跃迁回到低能测量精度的影响是检测中关键的部分。检测电路中态释放能量并转化为周期性微弱声波信号。该声波的噪声对结果有着

7、决定性的影响，噪声过大会将信信号的强弱与光声池中微量气体分子的含量成对应号淹没，使得无法将有用信号和噪声区分开来。本关系，因此利用微音器检测该声波信号将其转换为文主要针对以下技术难题情况展开研究，即抗干扰电信号即可测量微量气体的含量。收稿日期：2014-03—18作者简介：赵彦东(1990一)，男，山西朔州人，硕士生，主要从事红外微弱信号的检测、采集方法及软硬件实现方面的研究。E—mail：ydz2oO7274O67@126．corn。方勇华(1966一)，男，博士，研究员，主要从事遥感光谱与图像分析及目标探测识别技术研究，主持多项科研项目，研究内

8、容涉及红外遥感，大气辐射校正，数字信号处理(软硬件)，图像分析，模式识别等领域。E—mail：yhfang@aiofm．a