激光云高仪单光子探测器混合抑制电路的研究与设计

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云在天气变化、降水形成和大气辐射传输等气象过程以及国民经济的众多领域都扮演着很重要的角色。云高是描述云的重要参数。与其他测量方法相比,激光云高仪具有更高的性价比,是理想的测量云高仪器。但是激光云高仪的信号接收端接收到的激光后向散射信号非常微弱,而且伴随着相对较强的背景噪声和系统内部噪声,导致难以获取云高和气溶胶等信息,因此,激光云高仪信号探测器的好坏直接决定整个系统的性能,通过调研可知单光子探测器可满足激光云高仪信号探测的要求。  从光谱响应的角度,选用SPAD作为单光子探测器的光电探测器件。搭建SPAD的被动抑制电路,实验得出SPAD的死时间在2us以上。为了减少单光子探测器的死时间,提高单光子的计数速率,设计了雪崩被动淬灭电压主动恢复的混合抑制电路,通过精密的时序控制,探测器的死时间缩短为100ns。为了SPAD安全正常的工作,设计了SPAD恒温控制电路。从最优温度控制策略的角度,选用MAX1978温度控制芯片进行恒温控制电路的设计。通过恒温控制电路实验验证了电路的可行性,恒温控制电路可以在1分钟内使SPAD的工作环境温度恒定在0.06℃内,确保单光子探测器SPAD正常工作。  为了配合本单位自主研发光子计数卡的使用,根据该卡功能配置编写了对应的“光子计数卡数据采集及显示软件”。该软件可以读取用户的设置,根据用户设置的参数对光子计数卡的模式进行配置。同时接收用户输入指令,执行相应的操作。这些操作包括:开始或停止数据采集,将采集到的数据根据用户需求进行存储,并且可以将采集到的数据实时显示。
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