文/胡波

在采用光电检测技术对电路噪声进行检测的过程中存在一些问题，最大的影响因素便是电路所致，在产生噪音的过程中电路器件是主要影响因素，此外还与器械设备运行有较大关系。由此可以看出，在进行光电检测电路时，需要对光电检测电路进行有效的分析，只有这样才能解决电路噪音问题，这就需要在光电检测电路设计的基础上，对噪声产生噪声原因实施深入分析，并采取有效措施实施解决。

1 光电检测电路概述

光电检测电路主要是由输入电路、光电探测器以及前置放大器等部件构成，其中光电探测器主要是对光电信号实施有效转换，可将光信号转化为电信号；输入电路一般情况下能够为光器件顺利工作提供基础，与前置放大器相匹配；前置放大器最大作用便是对信号进行放大，主要是因为电信号相对较弱，需要通过放大器进行放大，并在此基础上与后置处理电路实时匹配。在光电检测电路中，光电探测器是整个检测过程中的重要部分，可对光信号实时转换，由此可以看出，光电探测器性能直接决定检测精确度，但是因市场中光电探测器种类较多，并且性能参差不齐，因此在选择的过程中，需要根据实际情况选择高质量、高性能的产品，只有这样才能确保检测结果质量。

2 光电检测系统的组成

光电检测器系统作用是对需检测设备的物理量实施全面检测，在对线路进行检测的过程中，需要通过光电探测器将设备信号转化为光信号，再采取有效措施，将光信号变为电信号，以此完成检测过程。光电检测系统主要包括以下几个方面：

（1）光源光电检测系统在检测的过程中，需要对被检测物体采集信号信息，这就需要以光源为基础，对不同设备进行检测的过程中，需要通过不同的光源来完成，比如自然光源、人工光源等。

（2）信号光。在检测的过程中出现光源后，会形成化学、物理效应，此基础上将检测物体信号转变为光信号。

（3）匹配处理。在检测的过程中出现光源后，物理性质会产生不同程度的改变，这就需要对光源进行匹配，其作用是能够匹配处理光电检测器与被检测物体光源，以此可对被检测物体中的光源物理信息进行有效的转化。

（4）光信号转换为电信号，光电检测系统最为重要的便是电信号的转换，通过光电探测器将物体信号、光源转化为电信号，能够起到提高系统准确性与灵敏性的目的。此外，为了提高转换效率需要通过先进科学技术的应用，只有这样才能确保检测效率的提升。

（5）放大处理电信号。在对电信号放大的过程中，主要使用到前置放大器对物体电信号将微弱光电信号实时放大在进行数字滤波。

3 光电检测电路设计

PIN光电二极管、具有恒流源，在对光通量与饱和光电量进行输入的过程中呈现正比，以此形成信号电压，若在负载电阻中与反向偏置光电二极管进行连接，会因阻抗失配出现信号幅度过热问题。在对光电进行转换的过程中，需要将互阻抗型放大器应用其中，具有较好的线性度与噪声特性，可有效使光电噪声水平得到保持，最终使信噪比得到较好提高。此外，在对光电检测电路进行设计的过程中，应当根据实际情况应用互阻抗型放大器，在对起设置期间，需要对放大器增益、带宽以及噪音强度等进行深入分析，并在此基础上提升信号带宽，在此过程中使等效噪音增加，也会提升信号带宽。因此提升前置放大器带宽，会使噪音有不同程度的提升，在选择低噪音前置放大器的过程中，电阻的选择尤为重要，需要根据第一级放大器元件，对电阻大小进行选择，由于光电二极管具有较高的特殊性，会使电阻增加，并且将输入光增加，也会提升通过量，饱和光、电流在此过程中也会有不同程度的升高。为此，通过高电阻负载运行电路，能够使信号电压最大化，但若光电二极管在反向偏置的过程中运行会形成一定阻抗，最终使信号强度降低。由此可以看出，应当利用过阻抗变换器，将高阻抗电源转换为低阻抗电源，再进行连接负载。

4 光电检测电路的基本噪音类型

光电检测电路构成主要为输入电路、前置放大器以及光电器件，在对电路进行检测的过程中易出现噪声，主要有散粒噪声、热噪声、以及1/f噪声等，会对电路运行造成不同程度的影响。

4.1 散粒噪声

散粒噪声主要是与晶体管有较大关系，是因PN接电流会随着单位时间中载流子数量变化形成不规则平均值的变化。此外，随机发射空学或者不规则运行电子，在平均值附近变化导致散粒噪声的发生，除此之外，光电检测散粒噪声会在所有电路检测的过程中出现，其中在对光电器件进行检测期间会形成不连续性光电载流子以及随机变化。

4.2 1/f噪声

在光电检测电路的过程中，出现几率相对较高，此噪声主要是产生正比关系的频率与功率、频谱密度以及相对较低的频率范围，主要是因该噪声频率范围是在以1KHZ以下，因此检测光电系统坏死后，极易出现1/f噪声。为此，在对此进行控制的过程中，需要对小于1KHZ平带噪声采取有效措施实施把控，这种方式效果明显。但是在操作期间，探测器表面不均匀，也会使噪声频率提升，所以该噪声也叫做表面噪声。

4.3 热噪声

光电检测器在光电检测的过程中尤为重要，实质上也是一种电流源，同时也是等效电阻，等效电阻会通过改变得到电信号，在等效电阻两侧会形成噪声电压，主要是由电流变化引起热噪声，一般情况下是因电子微热运动所致，任何导体均会形成电阻，所以在检测电路中会形成电阻载流子，从而形成热噪声。热噪声是光电检测电路噪声中影响最大的一种噪声，具有广泛的电阻频率范围，该噪声通过放大器能够对只有满足放大机频率的噪声进行处理，在此过程中能够形成较小噪声。此外，放大器还会对放大电信号量产生影响，但是也会对有用的小信号产生影响，实际运行中形成越宽的频带便会在较大程度上提升温度，增加电阻值，导致热噪声的发生。

4.4 放大器噪声

由于光电探测器在对信号进行转换的过程中获得的电信号较弱，为了提升检测准确性，需要对此信号进行放大处理。但是，在放大的过程中，信号噪声依然较大，若信号较弱，会被放大器本身噪声掩盖，为此在设计光电检测电路的过程中，需要采用两级放大方式，前置放大器+主放大，其中前置放大器能够有效控制输出噪声，该前置放大器主要有不同元件构成，在此器件中每个元件均能够独立运行，并且彼此相连。在运行期间会形成噪声源，主要是因放大原件相对较多，无法对噪声种类、来源进行深入分析，为此需要采用放大器噪声模型。

5 光电检测电路噪音的处理

5.1 LMS自适应滤波算法

5.1.1 自适应滤波器

随着我国科学技术的不断发展，自适应滤波技术是一种新型的滤波方法，该技术研究目标主要是对不确定性信号的处理过程，其中不确定性一般情况下是在对信号进行处理的过程中，时常会产生随机噪声，对此种不确定性因素，能够通过自适应方式对滤波器结构与参数实施有效改变，并在此基础上确保在规定指标中得到最优性能，以此对产生的问题进行有效解决。此外，自适应滤波器可对自身参数进行调整，在对输入信号进行改变期间，通过自适应方式对滤波器系数进行更改，以此提升滤波效果。自适应系统分类形式主要有闭环系统与开环系统，其中开环系统能够对输入信号与环境进行测量，并在此基础上根据数据信息形成一定算法；闭环自适应系统不但能够对输入信号与环境进行测量，而且还可对系统进行调整，反馈相关数据信息。

5.1.2 自适应滤波器构成

自适应滤波器能够对系统参数进行调解，数据滤波器主要有可调节数字滤波器与自适应算法两个部分，其中可调节数字滤波器主要是通过输入信号形成输出信号，能够对参数信号与输出信号进行对比形成误差信号，并在滤波器中反馈，最后通过自适应算法对滤波系数进行调整，从而得到输出信号。其中，自适应算法主要有最小均方算法与最小二乘算法，能够对滤波系数进行调解，通过对自适应滤波器外界信号特征进行改变，以此对系统参数实时变动。除此之外，自适应滤波器主要有硬件滤波设施与相关算法两个部分，普通滤波器只具备硬件设备。

5.2 LMS自适应滤波器性能和原理

5.2.1 自适应算法

LMS自适应算法具有一定优势，比如简单、计算量小以及滤波性能高等，能够对滤波系数进行有效调节，是在最小均方误差基础上应用的一种自适应调节方式，能够确保系统中具备区域较小的参数信号与输出信号的均方误差，从而得到滤波效果，有效提升LMS自适应算法步骤，主要有以下三个方面：

（1）时刻t滤波器。具备适量值为WT的滤波系数，通过参考信号与输入信号，对物质信号进行有效的计算。

（2）通过递归方式对滤波系数实时计算，再进行更新评估，以此得到滤波系数。

（3）时刻T+1的过程中，需要重复迭代步骤，直至系统稳定为止。其计算公式如下：

在进行迭代计算、自适应算法的过程中，需要计算梯度、矢量值，以此得到最佳滤波系数，从而确保最小误差信号均为方值，能够使自适应过程得到满足。

5.2.2 Lms自适应滤波原理

在对滤波器滤波运算过程进行分析的过程中，需要通过算法迭代公式来完成，一般情况下在进行滤波计算期间，应利用卷积形式在迭代运行期间应有效调整滤波系数，原理为系统中出现两个等效滤波电路，在不同通道中把噪声信号与信号源信号实施放大与传输，在此过程中会产生一定噪声，在进行操作的过程中通道性能不同，因此信号达到自适应滤波器时会产生差距。

5.2.3 自适应滤波器性能

在进行光电检测电路的过程中采用自适应滤波对系统性能分析期间，其关键是稳态误差以及收敛性等。首先主要对收敛性以及稳态误差进行分析：

（1）收敛性。在进行自适应运行期间，需要获得较好输出，并且在此基础上进行滤波器滤波系数的调整，其中自适应滤波系数具备适量初始值。在对滤波系数评估期间，因系统具有随机性，导致滤波系数产生不平稳性，为了确保算法的有效性，需要满足必要的迭代条件，比如样本与输入信号样本适量相互独立、全部参考信号与输入信号样本适量相互独立等。

（2）稳态误差与失调。自适应滤波器在运行过程中，失调能够对系统滤波性能指标进行有效的衡量，能够体现逼近最小误差的均方差误差精确度。在对LMS算法关键指标进行衡量的过程中，失调可提供测度，并且会因滤波系数的改变，数目线性增加，其中失调数值能够达到任意最小值。由此可以看出，性能参数之间会产生不同矛盾，会对系统稳态误差产生不同程度的降低，其中算法精确在增加的过程中会使失调量减小，但在实际操作中，也会使收敛速度降低，导致无法及时调整最优值。

6 结语

综上所述，光电检测技术在应用的过程中具有较大优势，比如抗干扰能力强、精度高以及检测距离远等，在较多领域均有较好的应用效果。但是，因光电检测电路中会产生噪声，这在较大程度上会导致检测准确度有不同程度的降低，这就需要对产生噪音因素进行深入分析，只有这样才能找出针对性措施予以解决，从而为消除光电检测电路噪声奠定良好的基础。