本文關(guān)鍵詞：高速PLIF探測系統(tǒng)控制與測試技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 高幀頻 高靈敏度 連續(xù)性 信噪比 軟件設(shè)計(jì)

【摘要】：高速PLIF探測系統(tǒng)可對(duì)微弱熒光信號(hào)進(jìn)行快速、有效探測,是高速PLIF成像診斷儀的重要組成部分。探測系統(tǒng)多由像增強(qiáng)器與高速相機(jī)組成;然而,受制于儀器接口數(shù)據(jù)傳輸速率的限制,目前的探測系統(tǒng)多將采集圖片存儲(chǔ)在高速相機(jī)內(nèi)存中,然后通過第三方軟件手動(dòng)導(dǎo)出,較為繁瑣。由于數(shù)據(jù)量巨大,相機(jī)內(nèi)存的限制使高速PLIF系統(tǒng)不能長時(shí)間連續(xù)工作。本文從高幀頻、高靈敏度、連續(xù)性的角度出發(fā),主要對(duì)高速PLIF探測系統(tǒng)的控制與測試技術(shù)進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了高速PLIF探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對(duì)探測系統(tǒng)關(guān)鍵器件像增強(qiáng)器的工作原理與噪聲特性進(jìn)行了介紹,推導(dǎo)了其電流增益表達(dá)式,同時(shí),分析了CMOS高速相機(jī)的噪聲特性;利用線性系統(tǒng)信噪比級(jí)聯(lián)理論結(jié)合系統(tǒng)硬件組成推導(dǎo)了系統(tǒng)的噪聲因子表達(dá)式,理論計(jì)算表明,系統(tǒng)噪聲因子隨著像增強(qiáng)器增益電壓的增加而減小�？紤]PLIF系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用背景,設(shè)計(jì)了兩種不同的系統(tǒng)工作模式:重頻模式、脈沖串模式。根據(jù)不同工作模式進(jìn)行了探測系統(tǒng)硬件搭建,完成了基于Lab VIEW的高性能控制軟件開發(fā),可保證系統(tǒng)長時(shí)間連續(xù)工作,主要突破了高精度時(shí)序控制技術(shù),時(shí)序脈沖控制精度達(dá)到ps量級(jí);高速動(dòng)態(tài)圖片數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與讀出技術(shù),讀寫速度超過500M/s。對(duì)探測系統(tǒng)進(jìn)行噪聲測試研究發(fā)現(xiàn),高速CMOS相機(jī)在100Hz及以上幀頻工作時(shí),產(chǎn)生的暗電流噪聲與1/f噪聲可忽略不計(jì);像增強(qiáng)器的增益電壓超過800V時(shí),其產(chǎn)生的暗電流噪聲呈指數(shù)增長。系統(tǒng)重頻工作模式(500-1000Hz)下,利用高精度、高線性度光電探測器對(duì)用于測試的激光光源進(jìn)行了功率抖動(dòng)修正,給出了探測系統(tǒng)信噪比的測試方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MCP未達(dá)到自飽和狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)的信噪比隨著MCP兩端電壓的增加呈指數(shù)增長。同時(shí),利用532nm半波片、偏振片與高精度旋轉(zhuǎn)平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)光功率響應(yīng)特性進(jìn)行了測試,測試結(jié)果表明,在MCP未達(dá)到自飽和狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)光功率響應(yīng)線性度較好,當(dāng)MCP兩端電壓為769.1V時(shí),系統(tǒng)光功率響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍在9n W左右,可探測最小光功率3n W~4n W。
【關(guān)鍵詞】：高幀頻 高靈敏度 連續(xù)性 信噪比 軟件設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN911.23
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題的研究目的和意義9-10
• 1.2 PLIF技術(shù)國內(nèi)外研究進(jìn)展10-14
• 1.3 探測系統(tǒng)關(guān)鍵器件國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 像增強(qiáng)器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 高速高分辨率相機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 探測系統(tǒng)工作原理與噪聲因子分析17-29
• 2.1 探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 探測系統(tǒng)關(guān)鍵器件簡介18-24
• 2.2.1 像增強(qiáng)器電流增益與噪聲簡介18-23
• 2.2.2 CMOS相機(jī)噪聲特性23-24
• 2.3 探測系統(tǒng)噪聲因子分析24-28
• 2.3.1 像增強(qiáng)器噪聲因子26-27
• 2.3.2 光纖錐的噪聲因子27
• 2.3.3 面陣探測器噪聲因子27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 探測系統(tǒng)硬件搭建與控制軟件設(shè)計(jì)29-45
• 3.1 重頻模式（REPETITION MODE）29-39
• 3.1.1 系統(tǒng)工作原理與硬件搭建29-34
• 3.1.2 控制軟件設(shè)計(jì)34-39
• 3.2 脈沖串工作模式（BURST MODE）39-43
• 3.2.1 系統(tǒng)工作原理與硬件選擇39-41
• 3.2.2 控制軟件設(shè)計(jì)41-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第4章 探測系統(tǒng)信噪比與功率響應(yīng)測試45-62
• 4.1 系統(tǒng)噪聲特性實(shí)驗(yàn)測試45-51
• 4.1.1 CMOS相機(jī)暗電流噪聲45-46
• 4.1.2 CMOS相機(jī) 1/f噪聲46-48
• 4.1.3 CMOS相機(jī)數(shù)字增益48-50
• 4.1.4 像增強(qiáng)器暗電流噪聲50-51
• 4.2 MCP兩端電壓對(duì)系統(tǒng)信噪比的影響51-58
• 4.2.1 測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)51-53
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析53-58
• 4.3 系統(tǒng)光功率響應(yīng)測試58-61
• 4.3.1 測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)58-59
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析59-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-68
• 致謝68

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 龔學(xué)藝;黃思婕;曲榮升;陳凡勝;;CMOS圖像傳感器時(shí)間域噪聲分析及其應(yīng)用研究[J];光學(xué)與光電技術(shù);2013年01期

2 向世明;;微光像增強(qiáng)器信噪比理論極限問題研究[J];應(yīng)用光學(xué);2008年05期

，

本文編號(hào)：862029