CN106855420A - 一种光电传感器降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电传感器降噪方法，包括：在光电传感器附近的预设位置处设置发光单元，发光单元的出射光覆盖光电传感器感光面。本发明光电传感器降噪方法，应用于APD光电传感器，当APD光电传感器应用在暗背景光条件下时，通过设置的发光单元向APD光电传感器补偿背景光，从而降低APD光电传感器的输出噪声，提升对目标光探测的信噪比。

Description

一种光电传感器降噪方法

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别是涉及一种光电传感器降噪方法。

背景技术

随着光电传感技术的发展，人们追求对更弱信号的探测。

雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)通常称为APD光电传感器，是利用PN结在高反向电压下，入射光被PN结吸收形成的光电流会成倍激增，实现对光的探测。因此APD光电传感器探测灵敏度高，也成为当前探测微弱信号的主要手段。

但正基于其工作原理，在非常暗的背景光条件下，APD光电传感器的输出噪声会增大很多；另外，APD光电传感器若在比较亮的环境下使用，在实际应用中为确保提取出淹没在强光下的某窄波光信号，会在光学系统上应用超窄波段与深截止的滤光片，这种情况下也会使APD光电传感器接收的背景光很弱，也会造成与暗背景光相似的情况，导致APD光电传感器的输出噪声增大。

APD光电传感器的这一应用弊端，会影响其对光信号的有效探测，例如在激光制导中对有效激光回波信号的探测、在漆黑夜晚环境下对未知微弱光信号的探测、单光子应用方面等。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电传感器降噪方法，可降低在暗背景光条件下APD光电传感器的输出噪声。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光电传感器降噪方法，包括：

在光电传感器附近的预设位置处设置发光单元，所述发光单元的出射光覆盖所述光电传感器感光面。

可选地，在所述光电传感器附近设置一个所述发光单元或者至少两个所述发光单元，所述发光单元的出射光覆盖所述光电传感器感光面。

可选地，至少两个所述发光单元在所述光电传感器附近均匀分布。

可选地，所述发光单元出射光的波长范围偏离所述光电传感器探测光的波长范围。

可选地，所述发光单元出射光的强度与所述光电传感器的响应度相匹配。

可选地，通过调整所述发光单元的限流电阻阻值，以使所述发光单元出射光的强度与所述光电传感器的响应度相匹配。

可选地，调整所述发光单元的限流电阻阻值，以使所述发光单元出射光的强度与所述光电传感器的响应度匹配的方法包括：

将所述光电传感器与所述发光单元一同放置在暗室中；

改变所述发光单元的限流电阻阻值，同时采用示波器测量所述光电传感器的输出信号，以输出噪声最小时对应的阻值确定为所述发光单元的限流电阻阻值。

可选地，所述发光单元出射光的强度恒定。

可选地，所述发光单元为发光二极管。

可选地，所述发光单元设置在所述光电传感器一侧，所述发光单元的位置高于所述光电传感器感光面。

由上述技术方案可知，本发明所提供的光电传感器降噪方法，应用于APD光电传感器，当APD光电传感器应用在暗背景光条件下时，在光电传感器附近的预设位置处设置发光单元，发光单元的出射光覆盖光电传感器感光面，这样通过发光单元向APD光电传感器补偿背景光，可以降低APD光电传感器的输出噪声，进而提升对目标光探测的信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光电传感器降噪方法的示意图；

图2为本发明实施例中调整发光单元的限流电阻阻值的方法示意图；

图3a为APD光电传感器在暗背景光下输出的噪声波形；

图3b为APD光电传感器在采用本发明方法补偿背景光时输出的噪声波形。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种光电传感器降噪方法，包括：在光电传感器附近的预设位置处设置发光单元，所述发光单元的出射光覆盖所述光电传感器感光面。

本实施例光电传感器降噪方法，应用于APD光电传感器，当APD光电传感器应用在暗背景光条件下时，在光电传感器附近的预设位置处设置发光单元，发光单元的出射光覆盖光电传感器感光面，这样通过发光单元向APD光电传感器补偿背景光，可以降低APD光电传感器的输出噪声，进而提升对目标光探测的信噪比。

本方法的原理为：APD光电传感器基于其自身特性，在暗背景光条件下时由于其内部自动增益控制，造成输出噪声增大，对所要探测的微弱光会造成信噪比下降。通过在传感器附近设置辅助照明，为其补偿背景光，降低APD光电传感器的自动增益倍数，进而降低光电传感器的输出噪声。

本实施例光电传感器降噪方法，请参考图1，具体在APD光电传感器10附近设置发光单元11，发光单元11的出射光覆盖光电传感器10感光面，为其提供背景光。

本光电传感器降噪方法中，发光单元11出射光的波长范围要偏离所述光电传感器10探测目标光的波长范围。发光单元11出射光的波长范围要尽可能远离光电传感器10所要探测目标光的波长范围，这样避免背景光干扰对目标光信号的探测。

优选的，在实际应用时，设置所述发光单元11出射光的强度与所述光电传感器10的响应度相匹配。若发光单元11出射光的强度过高或者过低，与光电传感器10的响应度不匹配，都会影响光电传感器10对光信号的有效探测。

具体的，可通过调整发光单元11的限流电阻阻值，来调节发光单元出射光的强度，使发光单元出射光的强度与光电传感器10的响应度相匹配。在实际探测应用中要根据实际使用的光电传感器的响应度，确定发光单元的限流电阻，调节其发光强度。

可采用以下方法实现调整发光单元的限流电阻阻值，以使发光单元出射光的强度与光电传感器的响应度匹配，请参考图2，具体包括：

S20：在光电传感器附近的预设位置处安装发光单元；

S21：将光电传感器与发光单元一同放置在暗室中；

S22：改变发光单元的限流电阻阻值，同时采用示波器测量所述光电传感器的输出信号，以输出噪声最小时对应的阻值确定为所述发光单元的限流电阻阻值。将调整后的这一阻值确定为发光单元工作时的固定阻值，应用于后续APD光电传感器光探测中。

另外，APD光电传感器主要用于对脉冲光的探测，优选的要设置发光单元11出射光的强度恒定，保证其输出连续稳定的背景光，以保证对目标光的有效探测。

本实施例光电传感器降噪方法中，在APD光电传感器附近可设置一个发光单元，或者也可设置至少两个发光单元。

在设置至少两个发光单元的情况下，由各发光单元形成的出射光覆盖光电传感器感光面。

可选的，可设置至少两个发光单元在光电传感器附近均匀分布，以为光电传感器提供均匀的背景光。

在设置至少两个发光单元的情况下，在调整发光单元出射光的强度与光电传感器的响应度匹配的过程为：在光电传感器附近安装好各发光单元，将光电传感器与发光单元一同放置在暗室中；改变各发光单元的限流电阻阻值，同时采用示波器测量所述光电传感器的输出信号，以输出噪声最小时各发光单元对应的阻值确定为各自工作时的固定阻值。

本实施例方法中，发光单元可采用各种类型发光元件，例如可采用发光二极管。可通过改变发光二极管的限流电阻，来调节其出射光的强度，以保证与光电传感器的响应度相匹配。

在一种具体应用中，参考图1所示，可将发光单元11设置在光电传感器10一侧，所述发光单元11的位置高于所述光电传感器10感光面，发光单元11光的出射范围不小于90度，保证出射光散射到并覆盖光电传感器10感光面。

请参考图3a和图3b，其中，图3a为APD光电传感器在暗背景光下输出的噪声波形，图3b为APD光电传感器在采用本发明方法补偿背景光时输出的噪声波形。可以看到，在无背景光时APD光电传感器的输出噪声较大，经计算静态噪声Vpp值为495mv；在补偿背景光时传感器的输出噪声明显减小，经计算其静态噪声V＇pp值为209mv。可以看到，通过本发明方法可将系统在暗背景光条件下的测量能力提升2.36倍。

本实施例光电传感器降噪方法，应用于APD光电传感器，实现了提升APD光电传感器在暗背景条件下的信噪比，提升在暗背景条件下的信号探测能力，有助于拓展APD光电传感器的应用范围。

以上对本发明所提供的一种光电传感器降噪方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光电传感器降噪方法，其特征在于，包括：

在光电传感器附近的预设位置处设置发光单元，所述发光单元的出射光覆盖所述光电传感器感光面。

2.根据权利要求1所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，在所述光电传感器附近设置一个所述发光单元或者至少两个所述发光单元，所述发光单元的出射光覆盖所述光电传感器感光面。

3.根据权利要求2所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，至少两个所述发光单元在所述光电传感器附近均匀分布。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，所述发光单元出射光的波长范围偏离所述光电传感器探测光的波长范围。

5.根据权利要求1-3任一项所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，所述发光单元出射光的强度与所述光电传感器的响应度相匹配。

6.根据权利要求5所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，通过调整所述发光单元的限流电阻阻值，以使所述发光单元出射光的强度与所述光电传感器的响应度相匹配。

7.根据权利要求6所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，调整所述发光单元的限流电阻阻值，以使所述发光单元出射光的强度与所述光电传感器的响应度匹配的方法包括：

将所述光电传感器与所述发光单元一同放置在暗室中；

改变所述发光单元的限流电阻阻值，同时采用示波器测量所述光电传感器的输出信号，以输出噪声最小时对应的阻值确定为所述发光单元的限流电阻阻值。

8.根据权利要求5所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，所述发光单元出射光的强度恒定。

9.根据权利要求1-3任一项所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，所述发光单元为发光二极管。

10.根据权利要求1所述的光电传感器降噪方法，其特征在于，所述发光单元设置在所述光电传感器一侧，所述发光单元的位置高于所述光电传感器感光面。