示波器測微弱信號檢測裝置

A. 微弱信號檢測的相關介紹

若信號波形受雜訊干擾，則須採用平均法檢測法,即將波形按時間分割若干點,對所有固定點都積累N次，根據統計原理信噪比將改善倍。採用快速取樣頭對信號采樣平均，則時間解析度可與取樣示波器相同，約為100皮秒,並可用基線取樣法實現背景的扣除。但其缺點是每一個信號波形只取樣一次，效率很低，不利於檢測長周期信號。數字多點平均彌補了這個缺點，信號每出現一次，按時間分成許多取樣通道（如1204道），各道採集的值經數字化後存儲到各道對應的固定地址，計算機根據平均方式（線性、指數和歸一化平均）對每次取樣值進行處理。存儲器能長久保存信息，因此不受取樣次數的限制，同時具有簡化硬體、提高精度、自動測量、處理方便和防止誤操作等優點。但是，對於高重復頻率的信號，因受計算機速度的限制，尤其在用軟體代替部分硬體的情況下，速度更是需要解決的問題。
離散量的計數處理 當光子轉化為電子，倍增後的輸出是電脈沖，測量便成為離散量的計數技術。針對雜訊（如雜散光、場致發射、光反饋、熱電子發射、放射性和契倫柯夫輻射等）、信號（單位時間內的光子數）的概率分布、光脈沖的快速響應和堆積效果、量子效率及光子收集等問題，已研製出微弱光檢測的光子計數器。它首先需要特殊設計具有明顯的單光電子響應的光電倍增管、致冷和抗干擾措施，以及電子倍增極增益的合理分配。其次，由於光脈沖很窄，要求寬頻低雜訊前置放大，放大器終端還須設有兩個可調閾值的窗口甄別電路。最後，對所獲取並經甄別的信號進行計數和計算機處理，其中包括定常統計、背景扣除、源強度補償、誤差修正和信噪比的進一步改善。計數處理不限於光子檢測，如將模擬量用電壓-頻率轉換變成頻率,同樣可用計數方法提取信號。 諸如弱光譜測量的進一步要求，希望在測量范圍內（如波長）用掃描方式同時獲得或記錄只有一次的單次閃光光譜，因此並行檢測方法得到發展。以阿達馬和傅里葉變換為基礎的多路轉換技術，因受雜訊的限制而應用不多，光圖像檢測與電視技術相結合的多道分析因與弱檢測技術配合而獲得成功。硅靶攝像管、析像管、微通道板等器件為並行檢測創造了條件，它們能將光學圖像變成電子圖像，相當於百萬個光電倍增管同時工作，利用掃描可按程序選取地址並讀出。由於硅靶等陣列可以增強並存儲信息，並可在光陰極與靶面（或增強級）之間採用門控方式。因此，光多道分析是弱光並行檢測與快速光現象時間分辨的結合與革新，提高了信噪比並節約了時間，為動力學研究創造了良好條件。