一種光電傳感器降噪方法與流程

本發明涉及光電探測技術領域，特別是涉及一種光電傳感器降噪方法。

背景技術：

隨著光電傳感技術的發展，人們追求對更弱信號的探測。

雪崩光電二極管(Avalanche Photo Diode，APD)通常稱為APD光電傳感器，是利用PN結在高反向電壓下，入射光被PN結吸收形成的光電流會成倍激增，實現對光的探測。因此APD光電傳感器探測靈敏度高，也成為當前探測微弱信號的主要手段。

但正基于其工作原理，在非常暗的背景光條件下，APD光電傳感器的輸出噪聲會增大很多；另外，APD光電傳感器若在比較亮的環境下使用，在實際應用中為確保提取出淹沒在強光下的某窄波光信號，會在光學系統上應用超窄波段與深截止的濾光片，這種情況下也會使APD光電傳感器接收的背景光很弱，也會造成與暗背景光相似的情況，導致APD光電傳感器的輸出噪聲增大。

APD光電傳感器的這一應用弊端，會影響其對光信號的有效探測，例如在激光制導中對有效激光回波信號的探測、在漆黑夜晚環境下對未知微弱光信號的探測、單光子應用方面等。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種光電傳感器降噪方法，可降低在暗背景光條件下APD光電傳感器的輸出噪聲。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種光電傳感器降噪方法，包括：

在光電傳感器附近的預設位置處設置發光單元，所述發光單元的出射光覆蓋所述光電傳感器感光面。

可選地，在所述光電傳感器附近設置一個所述發光單元或者至少兩個所述發光單元，所述發光單元的出射光覆蓋所述光電傳感器感光面。

可選地，至少兩個所述發光單元在所述光電傳感器附近均勻分布。

可選地，所述發光單元出射光的波長范圍偏離所述光電傳感器探測光的波長范圍。

可選地，所述發光單元出射光的強度與所述光電傳感器的響應度相匹配。

可選地，通過調整所述發光單元的限流電阻阻值，以使所述發光單元出射光的強度與所述光電傳感器的響應度相匹配。

可選地，調整所述發光單元的限流電阻阻值，以使所述發光單元出射光的強度與所述光電傳感器的響應度匹配的方法包括：

將所述光電傳感器與所述發光單元一同放置在暗室中；

改變所述發光單元的限流電阻阻值，同時采用示波器測量所述光電傳感器的輸出信號，以輸出噪聲最小時對應的阻值確定為所述發光單元的限流電阻阻值。

可選地，所述發光單元出射光的強度恒定。

可選地，所述發光單元為發光二極管。

可選地，所述發光單元設置在所述光電傳感器一側，所述發光單元的位置高于所述光電傳感器感光面。

由上述技術方案可知，本發明所提供的光電傳感器降噪方法，應用于APD光電傳感器，當APD光電傳感器應用在暗背景光條件下時，在光電傳感器附近的預設位置處設置發光單元，發光單元的出射光覆蓋光電傳感器感光面，這樣通過發光單元向APD光電傳感器補償背景光，可以降低APD光電傳感器的輸出噪聲，進而提升對目標光探測的信噪比。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種光電傳感器降噪方法的示意圖；

圖2為本發明實施例中調整發光單元的限流電阻阻值的方法示意圖；

圖3a為APD光電傳感器在暗背景光下輸出的噪聲波形；

圖3b為APD光電傳感器在采用本發明方法補償背景光時輸出的噪聲波形。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例提供一種光電傳感器降噪方法，包括：在光電傳感器附近的預設位置處設置發光單元，所述發光單元的出射光覆蓋所述光電傳感器感光面。

本實施例光電傳感器降噪方法，應用于APD光電傳感器，當APD光電傳感器應用在暗背景光條件下時，在光電傳感器附近的預設位置處設置發光單元，發光單元的出射光覆蓋光電傳感器感光面，這樣通過發光單元向APD光電傳感器補償背景光，可以降低APD光電傳感器的輸出噪聲，進而提升對目標光探測的信噪比。

本方法的原理為：APD光電傳感器基于其自身特性，在暗背景光條件下時由于其內部自動增益控制，造成輸出噪聲增大，對所要探測的微弱光會造成信噪比下降。通過在傳感器附近設置輔助照明，為其補償背景光，降低APD光電傳感器的自動增益倍數，進而降低光電傳感器的輸出噪聲。

本實施例光電傳感器降噪方法，請參考圖1，具體在APD光電傳感器10附近設置發光單元11，發光單元11的出射光覆蓋光電傳感器10感光面，為其提供背景光。

本光電傳感器降噪方法中，發光單元11出射光的波長范圍要偏離所述光電傳感器10探測目標光的波長范圍。發光單元11出射光的波長范圍要盡可能遠離光電傳感器10所要探測目標光的波長范圍，這樣避免背景光干擾對目標光信號的探測。

優選的，在實際應用時，設置所述發光單元11出射光的強度與所述光電傳感器10的響應度相匹配。若發光單元11出射光的強度過高或者過低，與光電傳感器10的響應度不匹配，都會影響光電傳感器10對光信號的有效探測。

具體的，可通過調整發光單元11的限流電阻阻值，來調節發光單元出射光的強度，使發光單元出射光的強度與光電傳感器10的響應度相匹配。在實際探測應用中要根據實際使用的光電傳感器的響應度，確定發光單元的限流電阻，調節其發光強度。

可采用以下方法實現調整發光單元的限流電阻阻值，以使發光單元出射光的強度與光電傳感器的響應度匹配，請參考圖2，具體包括：

S20：在光電傳感器附近的預設位置處安裝發光單元；

S21：將光電傳感器與發光單元一同放置在暗室中；

S22：改變發光單元的限流電阻阻值，同時采用示波器測量所述光電傳感器的輸出信號，以輸出噪聲最小時對應的阻值確定為所述發光單元的限流電阻阻值。將調整后的這一阻值確定為發光單元工作時的固定阻值，應用于后續APD光電傳感器光探測中。

另外，APD光電傳感器主要用于對脈沖光的探測，優選的要設置發光單元11出射光的強度恒定，保證其輸出連續穩定的背景光，以保證對目標光的有效探測。

本實施例光電傳感器降噪方法中，在APD光電傳感器附近可設置一個發光單元，或者也可設置至少兩個發光單元。

在設置至少兩個發光單元的情況下，由各發光單元形成的出射光覆蓋光電傳感器感光面。

可選的，可設置至少兩個發光單元在光電傳感器附近均勻分布，以為光電傳感器提供均勻的背景光。

在設置至少兩個發光單元的情況下，在調整發光單元出射光的強度與光電傳感器的響應度匹配的過程為：在光電傳感器附近安裝好各發光單元，將光電傳感器與發光單元一同放置在暗室中；改變各發光單元的限流電阻阻值，同時采用示波器測量所述光電傳感器的輸出信號，以輸出噪聲最小時各發光單元對應的阻值確定為各自工作時的固定阻值。

本實施例方法中，發光單元可采用各種類型發光元件，例如可采用發光二極管。可通過改變發光二極管的限流電阻，來調節其出射光的強度，以保證與光電傳感器的響應度相匹配。

在一種具體應用中，參考圖1所示，可將發光單元11設置在光電傳感器10一側，所述發光單元11的位置高于所述光電傳感器10感光面，發光單元11光的出射范圍不小于90度，保證出射光散射到并覆蓋光電傳感器10感光面。

請參考圖3a和圖3b，其中，圖3a為APD光電傳感器在暗背景光下輸出的噪聲波形，圖3b為APD光電傳感器在采用本發明方法補償背景光時輸出的噪聲波形。可以看到，在無背景光時APD光電傳感器的輸出噪聲較大，經計算靜態噪聲Vpp值為495mv；在補償背景光時傳感器的輸出噪聲明顯減小，經計算其靜態噪聲V＇pp值為209mv。可以看到，通過本發明方法可將系統在暗背景光條件下的測量能力提升2.36倍。

本實施例光電傳感器降噪方法，應用于APD光電傳感器，實現了提升APD光電傳感器在暗背景條件下的信噪比，提升在暗背景條件下的信號探測能力，有助于拓展APD光電傳感器的應用范圍。

以上對本發明所提供的一種光電傳感器降噪方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。