[发明专利]光电检测装置、系统和方法

权利要求书

1.一种光电检测装置，其特征在于，该装置包括：

硅光电倍增器，其用于检测被测样品被光脉冲照射后来自所述被测样品的光脉冲信号，并将检测的信号转换为电脉冲信号；

信号协同读出电路，其连接所述硅光电倍增器，基于用来控制发光器件产生所述光脉冲信号的脉冲控制信号协同生成控制硅光电倍增器输出的门控信号，使得硅光电倍增器处于门控光子计数模式，并在所述门控信号的门控时间内采集硅光电倍增器输出的电脉冲信号；以及

信号处理单元，其连接所述信号协同读出电路，用于基于采集的电脉冲信号中各脉冲对应的光电子数统计光脉冲期间光电子事件，在光脉冲期间光电子事件统计结果符合泊松分布条件时基于统计的光电子数按照泊松分布的概率函数计算光脉冲期间平均光电子数；

所述信号处理单元在一次样品光脉冲信号测量结束后、发光器件关闭的情况下，采集硅光电倍增器暗计数事件并基于泊松分布计算暗计数等效的平均光电子数；所述信号处理单元将光脉冲期间平均光电子数与暗计数等效的平均光电子数相减，得到净平均光电子数；

所述信号处理单元在所述光脉冲期间光电子事件统计结果不符合泊松分布条件时，基于采集的电脉冲信号过阈值时间差的方法测量并计算得到光脉冲期间平均光电子数；所述基于电脉冲信号过阈值时间差的方法测量并计算得到光脉冲期间平均光电子数包括：

根据电脉冲信号中过阈值的时间差平均值以及根据定标数据，通过查表或线性插值计算光脉冲期间平均光电子数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述光脉冲期间光电子事件包括0光电子事件、k光电子事件和/或k+1光电子事件，其中0光子事件基于幅值小于预定阈值的电脉冲信号得到，k光电子事件和/或k+1光电子事件是基于电脉冲信号的过阈值时间宽度或根据k光电子事件和/或k+1光电子事件输出电脉冲幅度过设定固定阈值得到，其中k为自然数；

所述暗计数事件包含暗计数等效的0光电子事件。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：

在光脉冲期间光电子事件统计结果符合泊松分布条件且0光电子事件的次数大于总的光电子事件统计次数的预定比例时，所述信号处理单元基于如下公式计算光脉冲期间平均光电子数：

其中，λ为光脉冲期间平均光电子数，N为光脉冲期间总的光电子事件统计次数，N₀为光脉冲期间0光电子事件的统计次数，ln为以自然对数运算；并且

所述信号处理单元基于如下公式计算暗计数等效的平均光电子数：

其中，λ′为暗计数等效的平均光电子数，N′为暗计数事件总的统计次数，N_dark0为暗计数等效的0光电子事件统计次数，ln为以自然对数运算。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在光脉冲期间光电子事件统计结果符合泊松分布条件且0光电子事件的次数不大于总的光电子事件统计次数的预定比例时，所述信号处理单元基于如下公式计算光脉冲期间平均光电子数：

其中，λ为光脉冲期间平均光电子数，N_k、N_k+1分别为光脉冲期间总的光电子事件统计次数中k光电子事件和k+1光电子事件的统计次数，k为选自1-15之间的自然数，ln为以自然对数运算；并且

所述信号处理单元基于如下公式计算暗计数等效的平均光电子数：

其中，λ′为暗计数等效的平均光电子数，N′为暗计数事件总的统计次数，N_dark0为暗计数等效的0光电子事件统计次数，ln为以自然对数运算。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发光器件为发光二极管或激光二极管，所述脉冲控制信号为脉冲驱动信号；

所述装置还包括：脉冲驱动电路，其用于产生脉冲驱动信号驱动所述发光器件并连接所述信号协同读出电路。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述脉冲驱动电路与所述信号协同读出电路由同一块FPGA实现；或者

所述脉冲驱动电路、所述信号协同读出电路与所述信号处理单元由同一块FPGA实现。