用于红外单光子探测的雪崩光电二极管传输线抑制电路模型的理论分析

结合利用雪崩光电二极管(APD)进行红外单光子探测电路模型的工作原理和特点以及传输线瞬态电脉冲产生的过程,提出了将传输线瞬态过程脉冲发生电路模型用于APD雪崩抑制的一种新方法,该方法可以实现利用APD门模工作方式进行红外单光子探测的过程.主要从理论上计算了红外单光子信号入射APD时,传输线脉冲发生电路模型中负载电阻输出电脉冲的特点,讨论了传输线终端不同边界条件对输出电脉冲的影响,通过理论计算确定了这种利用APD进行红外单光子探测新模型的电路结构与参数,证明了该电路模型用于红外单光子探测APD门模工作方式的 关键词： 红外单光子探测技术 雪崩光电二极管(APD) 抑制电路 传输线瞬态过程     

红外传感遥控器实验的教学设计

红外传感遥控器已经广泛应用于工业及日常生活中,本文主要介绍了红外传感遥控器的发射电路与接收电路,同时也设计了红外传感遥控器的实验内容。通过将红外传感遥控器的制作测试作为实验内容来进行教学设计,将丰富传感器方面的实验内容,也有利于拓展学生的知识面,培养他们的动手能力和创新能力。     

0.34 THz无线通信收发前端

描述了一种基于肖特基二极管技术的0.34 THz无线通信收发前端。该前端采用超外差结构,由0.34 THz谐波混频器、0.17 THz本振8倍频链和偏置电路组成。0.34 THz谐波混频器基于反向并联肖特基二极管,可以实现信号的上变频发射和下变频低噪声检测。0.17 THz本振8倍频链由三级二倍频及驱动放大链路组成,可将20~22.5 GHz信号倍频至0.16~0.18 THz,为混频器提供5~10 dBm左右的本振信号。实验测试结果表明:该前端用于信号发射时,在0.34 THz频点的饱和输出功率为-14.58 dBm;用于信号检测时,最低单边带(SSB)变频损耗为10.0 dB,3 dB中频带宽约30 GHz。限于测试条件,未能测试前端接收噪声温度,仿真得到的双边带噪声温度数值低于1000 K。在该前端基础上,完成了首次基于16QAM 数字调制体制的0.34 THz无线通信实验,传输速率达3 Gb/s。     

基于光学厚度的云红外辐射计算

 为了研究不同物理厚度和不同波段下云的红外辐射特性,提出了基于光学厚度的云红外辐射计算方法。综合考虑云的红外辐射的各个因素,建立了较为完善的云的红外辐射模型,引入光学厚度经验计算公式,并根据光学厚度针对中波和长波红外分别计算了云的发射率、反射率和透过率,进而得到云的红外辐射亮度分布。利用该计算方法,计算了中波和长波红外云的辐射亮度数值,计算结果表明：随着光学厚度增大,云的发射率和反射率增大,探测器接收到的云红外辐射增强。比较发现,该计算结果与实测数据有较好的一致性,该计算模型可以为云背景的红外特性分析、探测及仿真提供参考数据。     

基于中红外LED的润滑油水分含量测量研究

针对船舶机械润滑油中水分含量的测量问题,研究了基于中红外LED的油液水分含量测量方法。利用峰值发射波长为2 840 nm,半高宽为400 nm的中红外LED作为发射光源,发射的红外光进入油样,一部分被吸收,剩下的透过油样被红外探测器接收,根据油样对光能的吸光度确定油液中水分含量。实验设计了红外光发射、吸收和探测的装置,采用氟化钙晶片作为窗片,选择截面为圆形的硬质金属线圈作为垫圈以保证精确的油膜厚度,采用探测波长范围为2 500～4 800 nm,响应时间为10～20 ns的光电二极管作为光强探测器。开发了信号的前置放大和基于单片机的数据采集、储存和通讯系统。通过实验,获得了含水质量分数为0,0.062 5%,0.125%,0.25%,0.375%和0.5%六个油样的吸光度数据,利用最小二乘法对数据进行拟合,得到吸光度和含水量的线性回归方程。对误差进行量化分析,回归方程和数据点的决定系数为0.996。最后,为了检验该测量方法的精确性,用含水量为0.317 5%的油样进行验证,利用实验装置测量吸光度,代入回归方程计算含水量, 结果显示通过该方法测得的含水量和实际含水量的相对误差为2.7%,满足工程实际需求,说明该方法能够准确测量油液中的含水量。     

热释电红外传感器在无线遥控报警系统中的应用

热释电红外探测无线遥控报警系统由热释电红外探测模块、无线电收/发射模块、数字编/译码集成电路和语音录放模块组成。当人体进入监视区时,红外传感器首先将接收到的红外辐射能转换成电能信号,再经内部电路放大处理,输出控制信号启动发射系统工作,经编码脉冲调制后, 由发射模块向空间辐射无线电遥控编码信号;接收机收到信号后,便进行解调、放大、整形,从解码器输出编码脉冲,然后触发语音录放系统,播放事先录制好的警示语,提醒值班人员。该系统主要采用了RDP-18热释电红外探测模块,具有从信号接收至控制输出的全部功能。整体装置为模块化结构,具有频率稳定、工作可靠、免调试等特点,遥控距离1 000 m,可适用于多种场合的需要。     

红外光束保护系统的研制

介绍了利用红外线的发射与接收所构成的光束保护系统。红外线的发射与接收形成一“安全网”,利用其档光性能 ,可以实现安全防范功能。为提高系统抗干扰性能 ,采用调制的红外光线 ,经过信号处理 ,驱动继电器动作 ,从而实现报警和保护。本文重点阐述了光束保护系统的基本工作原理 ,并给出了主要硬件原理图     

用家电遥控器做演示实验

家电遥控器是由一块编码集成块和一个455kHz的晶体与红外发射二极管构成的红外光遥控发射装置.利用它可做一组简单有趣的物理实验,现介绍如下.     

光伏电池组件隐式、显式单二极管模型准确性对比研究

光伏电池组件非线性输出特性的物理建模及其优化参数的准确提取是光伏发电系统设计计算、性能评估及优化控制的重要前提.相对于传统的隐式单二极管模型,该文在光伏电池显式单二极管模型的基础上利用Lambert W函数推导了光伏组件的显式单二极管模型,提出一种基于重启边界约束Nelder-Mead单纯形算法的参数提取方法rbcNM,并利用两种典型光伏电池组件的实测数据对隐式、显式单二极管模型的准确性进行了对比测试和验证.结果表明:rbcNM算法可以快速准确的提取隐式、显式单二极管模型的优化参数,计算结果与实测数据具有很好的一致性,相对于已有文献在准确度上取得了大幅度的提升;显式单二极管模型的准确性显著高于隐式单二极管模型,对光伏电池组件的电流-电压和功率-电压特性曲线具有更高的拟合精度.     

基于锁相放大的被动红外信号处理方法研究

被动红外气体遥测系统具有成本低、体积小、便于扩展等优点。利用窄带滤光片进行被动红外气体探测时,为抑制信号漂移和背景噪声干扰,需要对信号进行调制、滤波和锁相处理。系统接收的测量信号受斩光器辐射的影响较大,需要对测量过程进行辐射建模分析。本文研究了基于锁相放大的被动红外探测辐射模型,提出了在锁相放大算法后添加相位判断的信号处理方法;设计并搭建了被动式气体多光谱探测系统,在实验室对系统进行定标,并开展了不同温度黑体的测量实验。结果表明:实际测量的各通道辐射值与所建模型的结果比较吻合。本研究为基于锁相放大的被动红外信号提供了模型基础和实验验证,并为便携式近距离气体遥测系统的研制提供了参考。     

近红外传感器在无线遥控计数系统中的应用

利用反射式近红外传感器、无线电收/发模块及四合一功能组合计数集成电路等器件,研究了无线遥控红外线计数器。当有产品通过红外线检测区域时,就会有一部分红外光信号经产品反射回来,被与红外线发射管同排安装的光敏接收管收到并转换成同频率的电信号,再经红外传感器模块内电路进行放大、比较处理,输出高电平信号,启动发射机工作。接收机收到发射机发来的无线遥控编码信号后,再经解调、解码电路处理,输出编码脉冲,对此脉冲信号进行计数,就实现了对产品的统计。整个系统为模块化结构,具有安装容易、抗震能力强、传输距离远、工作稳定、计数准确、高亮度数字显示等特点。可用于重工业、轻纺工业、食品工业、农牧业一些设备或流水线上对产量或流量进行遥控计数。     

微纳米尺度红外光热膨胀效应及新型光热驱动方法研究

介绍了一种新型的基于非对称结构的光热微型驱动器.驱动器由两个宽细不同的薄悬臂组成.当红外激光照射在悬臂上时,宽窄悬臂的比表面积不同,导致其温度升高和伸长量不同,从而使驱动器产生偏转.建立了驱动器的热力学模型,并给出了偏转量的计算公式.使用准分子激光加工系统制作了一个长750μm的微驱动器样机,红外激光(998nm)作为驱动源,利用自制的控制监控系统进行了可行性试验,观察并测量了驱动器偏转量与红外激光功率的关系.结果表明,本驱动器在16mW的红外激光的驱动下,即可产生258μm的偏转量.利用光热膨胀的方法 关键词： 光热膨胀 非对称结构 微驱动器 红外激光     

Detection and Mixing Properties of an InSb Metal-Semiconductor Point Contact Diode

We present preliminary data on the performance of a new fast photodetector based on a W–InSb metal-insulator-semiconductor point contact diode operating at room temperature and with no bias voltage. The device can work either as a video detector or as harmonic mixer for radiation from far–infrared (FIR) to visible. In the FIR region, for wavelengths from 200 to 400 m, the W–InSb point contact diode showed a sensitivity comparable to that of Golay cells. In the visible region the device showed a video and heterodyne detection responsivity much higher with respect to standard M.I.M. point contact diodes. Owing to its ruggedness, low cost and wide band of operation, the W–InSb point contact diode may be very attractive as a general purpose optical sensor.     

热释电红外探测器在安全防护系统中的应用研究

利用人体发出的红外线,通过热释电红外传感器的接收和放大,形成具有一定电压幅度的控制信号,用这一控制信号去触发语音录放电路工作,就可制成具有自动控制功能的热释电红外探测语音录放系统。电路采用最新热释电红外探测模块与语音录放模块设计,当有人出现在热释电红外探测模块的探测范围时,热释电红外传感器首先将接收到的红外辐射能转换成电能信号,再经内部电路放大、比较处理后输出控制信号,触发语音录放模块工作,播放事先录制好的语音内容,提醒人们注意。该系统电路简洁、成本低、抗干扰能力强、耐低温、免调试、工作稳定和使用方便。适宜于安装在变电所、高压开关柜和电力变压器等危及人身安全的处所使用。     

能量选择表面的瞬态响应

为实现强电磁脉冲防护和信号收发的兼容,研究了一种基于能量选择机制的强电磁防护结构,即能量选择表面。该防护表面利用半导体压控导电特性,实现了强场辐照时防护表面由高阻态向低阻态的转变,具有能量低通特性和超宽带特性。利用场路协同仿真方法,分析了能量选择表面瞬态响应与PIN二极管阻抗特性、强电磁脉冲峰值场强及脉冲前沿的关系,结果显示:尖峰泄漏功率和响应时间与Ⅰ层厚度、强电磁脉冲峰值场强成正比,与少数载流子寿命成反比变化。     

利用QuickBird数据进行热红外遥感成像模拟的研究

针对基于机载热像仪图像或随机产生仿真场景的早期热红外成像模拟系统,提出了对高分辨率QuickBird图像进行星载热红外成像模拟的方法。基于高分辨率QuickBird图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,从而可获得地面辐亮度图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数,最终可得到卫星遥感器输出图像。仿真结果表明,利用QuickBird进行热红外遥感成像模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等具有一定的参考价值。     

一种用于红外目标信号接收的稳健匹配滤波算法

针对远距离红外探测目标信号的不确定性问题,提出一种稳健的红外信号匹配滤波新算法.定性分析了红外探测目标的有用信号谱畸变来源,基于巴什瓦定理建立了目标信号的不确定谱模型,并分析了信号谱畸变的相关因子.利用极大极小方法构建稳健匹配滤波的信噪比输出鞍点解,并基于内层极大和外层极小的二层遗传优化算法求解鞍点解和最不利信号频谱,...     

定量化红外遥感应用的高精度水浴黑体

辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术之一。根据定量化红外遥感应用的需求,研制了高精度水浴黑体辐射源,并应用均匀镜-漫反射模型法对其发射率进行了计算。提出了基于绝对低温辐射计的常温黑体定标方法。性能测试结果表明,该黑体辐射源可用于遥感探测器中的红外辐射定标。     

A High Performance Terahertz Waveguide Detector Based on a Low-Barrier Diode

A Schottky barrier diode with low-barrier is presented,based on which a terahertz waveguide detector working at500-600 GHz is designed and fabricated.By using the InGaAs/InP material system,the feature of the low barrier is obtained which greatly improves the performance of the detector.The measured typical voltage responsivity is about 900 V/W at 500-560 GHz and is about 400 V/W at 560-600 GHz.The proposed broadband waveguide detector has the characteristics of simple structure,compact size,low cost and high performance,and can be used in a variety of applications such as imaging,molecular spectroscopy and atmospheric remote sensing.