日盲光电传感器微弱电流检测电路研究

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大气层中的臭氧层对200~280 nm波段的紫外辐射具有非常强烈的吸收作用,这一波段紫外光在地表几乎不存在,因此被称为日盲光,工作在日盲波段的紫外光电导传感器具有背景噪声低、抗干扰能力强、误报率低等独特优势,在导弹预警、火灾预警、臭氧空洞检测、高压电弧放电检测等军事和民用领域均有重要应用。然而,相较于红外探测而言,日盲光电传感器输出的光暗电流微弱,通常在纳安级别,常规的测量电路难以直接检测,需要使用到微弱信号检测技术。本文针对日盲光电传感器信号读取问题,制作了微弱电流检测电路,并在此基础上展开了拓展研究,具体工作如下:(1)本文针对日盲光电传感器输出信号弱的特点,制作了微弱光电流检测电路及相应的采集控制系统,实现了对纳安级微弱光电流的探测和采集数据的实时显示与记录,并对电路的精度进行了测试。随后将实验室研制的氧化镓日盲光电传感器接入电路,测试距光源不同距离下系统输出电压变化情况,结果表明此探测系统能很好地响应光源的距离变化。(2)在此基础上,本文对阵列式日盲光电传感器微弱信号的读取问题进行了研究,由于单个传感器稳定性相对较低,因此可以通过多传感器阵列组合的方式来提高可靠性。本文针对交叉阵列结构的阵列式光电导型日盲光电传感器,设计并制作了纳安级光电导阵列读取电路,并对电路性能进行测试,测试结果表明此阵列读取电路具有较高的读出精度和一致性。为交叉阵列结构的阵列式日盲光电传感器的微弱电流的读取提供了解决方案。(3)本文的最后在已设计电路基础上对其进行了推广应用与拓展研究,此微弱电流检测电路不但适用于日盲光电传感器电流读取,也适用于其它半导体器件的电流探测,但对忆阻器进行电流读取时,不仅需要对其电流大小进行检测,而且需要对其进行限流保护,为此本文对原电路进行了结构改进,设计了具有无分压式限流功能的电流检测电路,并仿真验证,拓展了微弱电流检测电路的适用范围。
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