《微弱信号检测》第6章微弱并行检测技术.ppt

第6章微弱并行检测技术第6章微弱并行检测技术本章主要内容:6-1概述6-2多道探测器件6-3光电并行探测器件的性能与特点6-4OMA系统6-5OMA系统的应用6-1概述一、并行检测技术在物理、化学、工程等学科的研究或测量中,有多种谱检测,如光谱、能谱、质谱等。光谱:是研究光源发光强度随波长而变化的关系;能谱:是研究一束粒子中,粒子的能量分布;质谱:是研究一种物质中,各种质量粒子数目的分布。6-1概述一、并行检测技术串行检测:在谱研究中,若按自变量逐点检测对应因变量,称为单点检测。谱的单点检测,可称为串行检测。这种方法检测的测量值,在时序上是有先后的。例如,在光谱研究中,利用单色仪检测就是逐个波长测量光源的发光强度。并行检测:可同时获取各自变量对应的因变量值,这种方法称为并行检测。例如,用摄谱仪系统测量光谱,就是一种并行检测;又如,用照像乳胶法测宇宙射线能谱,也是一种并行检测。6-1概述一、并行检测技术从原理上讲,每种谱都可以做多点并行检测或单点串行检测。并行检测特点:(1)获得的是同时谱,因此,测量结果受研究对象不稳定因素影响较小;(2)测量整谱的时间快,为研究时间分辨谱创造了条件,使中、快速动态过程的研究得以实现,使实时监控便于实现;(3)可研究瞬态现象,这是单点串行检测绝对无法做到的;(4)检测灵敏度比单点检测低。串行检测,以光谱检测为例,仅适用于一些较稳定光源的光谱测量;而且,串行检测无法用于时间谱和瞬态光谱检测。但由于单色仪可以使用光电倍增管,所以灵敏度非常高。6-1概述一、并行检测技术实现并行检测,必须满足的基本条件:(1)要完成谱信号的分离。多数情况是按自变量作因变量的空间分离,有时也可能作其它类型的分离。例如,光谱是按波长,将不同波长的光强沿一维空间方向分离。(2)需要有多信号转换元的探测器。例如,光信号的并行探测需要一维或二维探测器(感光乳胶或光电转换器)。为了提高谱的分辨率,信号探测器的探测元尺寸要小、间隔要小。(3)要有快速的信号传输和数据处理技术。只有这样,才能发挥并行检测的优点。(4)探测器要有较高的灵敏度。6-1概述一、并行检测技术在微弱信号检测技术中,要发展并行检测,关键是要提高检测灵敏度。这对探测器、信号处理系统、记录仪等提出了新要求。就目前的计算机技术、光电技术、射线探测技术的发展水平,已对光谱和核物理中的辐射探测,发展了较好的微弱并行检测仪器。例如,对光谱测量,有光学多道分析仪,简称OMA,它具有能获同时谱、灵敏度高、获谱快速、集光谱信息采集、分析、处理、显示、存储于一身的许多特点。因此,它能进行多谱线同时测定、进行单次闪光脉冲光谱测定、进行时间分布光谱测量、进行微弱光谱测量等。6-1概述一、并行检测技术OMA应用非常广泛。例如,在核爆炸中、导弹和反导弹系统、军事遥感、化学、生物医学等研究领域,都有广泛应用。另外,在环境污染、营养研究、法医诊断、燃烧分析、微微秒动力学、天文与天体物理等方面,也成为不可缺少的工具。核多道探测系统,现已大量取代了原来低效率、低灵敏度的核辐射探测设备。6-1概述二、,是由Margoshes于1970年提出的;1972年,美国PARC公司推出OMA-Ⅰ系统;1976年,TRACOR公司提供了一种固体光学多道系统(TN1710分析系统),首先在紫外和可见光区获得无滞后、无光晕的光谱;1977年,又推出了二极管阵列快速扫描谱仪(DARSS);1977年,PARC推出了PMA-Ⅱ,其动态范围增加到104,软件大有改进;1979年,又推出增强型二极管阵列探测器;6-1概述二、,PARC与TRACOR又分别提供了性能更优越的OMA-Ⅲ和TN6500。总之,随着计算机和固态检测器的发展和应用,并行检测也随之进步,应用面也大为扩展。(1)由于OMA系统是在多个通道中同时采集信号,因此是单通道检测无法比拟的。如果用N个通道同时接收一个光信号,则平均结果是使SNIR提高N倍或N1/2倍(视不同照度而异)。如SNIR不变,则可使时间降低N倍或N1/2倍。SNIR定义: