基于光相位调制的瞬态脉冲信号读出方法研究

发布时间：2020-10-08 16:23

　　 在核数据测量实验中,前端电子学通常利用高带宽放大器将探测器输出的微弱瞬态脉冲信号进行匹配和模拟调理,然后通过模拟电缆送至后端电子学系统进行数字化处理。然而,由于带宽、衰减、干扰等限制因素,在通道数多和传输距离远的情况下,使用长电缆低失真地传输瞬态脉冲信号变得越来越困难。一种解决思路是将后端数字化电子学前置到探测器端,就近对模拟信号进行数字化处理,从而避免了模拟信号长距离传输的问题。然而,前移的数字化系统(特别是高速波形数字化电路)除了给敏感的前端模拟电路带来高频数字干扰外,也增加了读出电子学设计、安装、供电、散热等方面的难度,导致其使用范围受到限制。尤其当前端探测器处于强电场、强磁场、强辐射等极端物理环境中,传统的读出方法将面临巨大挑战。光纤因其具有高带宽、低损耗、低成本、易于使用等优点而被广泛应用在数字通信中,此时光纤作为数字信号的传输介质而存在。此外,光纤还被用于制作各式各样的传感器,用来传输被调制到光波中的模拟信号,广泛应用在声、光、电、磁等信号的探测中。其中,基于光相位调制技术的模拟信号传输系统具备高带宽、高灵敏度、高动态范围、无源、无电磁辐射、抗干扰能力强等优点。因此,本论文基于光相位调制理论开展瞬态脉冲信号的读出方法研究,充分借鉴光调制、光纤无线电、波形数字化等技术的优点。该方法在探测器前端布置相位调制器,通过电光调制技术,将探测器输出的瞬态脉冲信号调制到光波相位中。经过相位调制的光波通过长距离光纤传输至后端并与参考光发生干涉,干涉信号经高带宽光电探测器转换成电信号,进一步送至PXIe机箱内部的波形数字化插件转换成数字信号,并在FPGA内完成实时解调,从而恢复出原始信号的波形。本论文的研究工作主要分成两大部分。一是激光调制和光链路研究,本论文采用铌酸锂型相位调制器将待测信号和载波信号调制到光波中,并结合时分复用和空分复用技术搭建了PGC外调制多路复用阵列。二是波形数字化技术和实时数字解调算法研究,本论文实现了系统中关键模块的原型电路,包括调制驱动模块、信号调理模块和数字解调模块,并搭建了基于PXIe平台的读出电子学系统,完成对干涉信号的采集、解调和读出处理。传输电缆存在的幅度和相位畸变等缺陷,成为制约瞬态脉冲信号大规模、远距离精确测量的瓶颈之一。本论文采用将光纤作为传输介质引入前端电子学进行信号读出的研究思路,可避免模拟电缆所带来的低带宽、高失真等问题,具备灵敏度高、动态范围大、线性度好、抗干扰能力强、前后端光隔离等优势,使其能够应用到相关脉冲信号的读出中,为探测器信号的读出提供新思路。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.11
【部分图文】：

用和核科学所需的基本数据，其品质直接影响到相关核应用的安全性、可靠性和逡逑经济性⑴。逡逑典型的核数据生产流程如图１．１所示，包括核数据测量、核数据评价、评价逡逑数据建库以及核数据加工等部分⑴。核数据测量是指通过微分实验得到核结构数逡逑据、核反应数据等原始核数据。但是原始核数据的质量一般不高，不能直接应用逡逑到核工程和核科学中。核数据评价是指对原始核数据进行分析，同时结合理论计逡逑算模型对原始数据进行修正，得到氋品质的核数据。评价数据建库是指将满足能逡逑量平衡校验和自洽校验的核数据按照特定格式写入到数据库中，得到评价核数据逡逑库。最后，根据各个应用领域的需求，将核数据进一步加工处理就得到可直接使逡逑用的应用数据库，能够方便终端用户使用核数据。逡逑￣￣￣ＩＭｆｒｅｒｅｎｔｉｓＩ，二逡逑Ｍｆａ邋

本文编号：2832464