高精度OTDR事件分析研究及上位机软件设计与实现
发布时间：2021-08-23 11:16
随着通信技术的快速发展,各种信息传输媒介层出不穷,而光纤因其自身传输频带宽、传输容量大、重量轻等优越性,加之其生产成本低,成为了当今信息的主流载体,被应用于各大通信主干道,光纤到户更是通信史上的一次伟大创举。光纤通信技术不仅被广泛应用于民用通信领域,在军事领域尤其是航电网络中,航电系统的传统铜制总线也逐步被光纤总线所替代。OTDR（光时域反射仪）是光纤故障检测领域的主要仪表,市面上也有不少的产品,但基本上都用于几千米甚至几十千米的光纤检测,而机载航电网络中的光纤其长度只有几十米,所以作为航电光网络的日常检测和维护设备,对其精度的要求会更高,对事件的分析性能要进一步优化,可视化操作也要更加便捷。本文设计的高精度OTDR采取的是基于时间相关单光子计数技术,不但较大程度上提高了探测灵敏度,而且使定位精度达到厘米级,解决了传统OTDR面临的探测灵敏度与定位精度之间的矛盾,从而满足航电光网络中对于光纤故障检测的需求。全文的主要工作如下:1.基于OTDR光纤检测原理,分析影响OTDR测试的各项指标参数,结合高精度的指标要求搭建基于时间相关单光子计数的高精度OTDR系统,对其核心器件进行分析选型,引...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
事件盲区与衰减盲区
电子科技大学硕士学位论文14间才能达到比较高的测量精度。如果每个探测周期光子数过多则会引起信号失真和堆积效应，所以激光光源的输出功率不宜过高[14]，但是也不能太小，因为太小会加大返回信号的检测难度，动态范围偏低。根据性能指标需求，本系统中选用的脉冲发生器如图2-8所示。图2-8窄脉冲激光器外观示意图其相应指标为：1)中心波长：850nm；2)脉冲宽度：<1ns；3)脉冲峰值功率：>=100mW；4)重复频率：0.5MHz~10MHz可调；5)工作温度范围：-10℃~+55℃。2.5.2单光子探测器单光子探测器是本文中高精度OTDR系统中的重要模块。可以用于光子计数实验的探测器主要包括：光电倍增管、光电二极管、超转换边缘传感器、微通道板光电倍增管、真空雪崩光电二极管以及超导单光子探测器等。半导体单光子探测器的核心元器件是SPAD（单光子雪崩二极管），探测器的性能直接受到SPAD的各项指标影响。SPAD工作在盖革模式下，在吸收层由入射光子激发出的载流子通过电场的作用进入倍增层，在倍增层中强电场的作用下，载流子发生碰撞电离并形成雪崩效应，从而产生雪崩电流信号。为了满足不同波长的光子探测需求，如今市场上已出现多种材料类型的SPAD[15]。根据性能需求，本系统中采用的是EXCELITAS公司生产的SPCM-AQRH单光子探测器。
第二章高精度OTDR系统设计15图2-9单光子探测器外观图其相应指标为：1)灵敏度：850nm波长附件光子效率大于50%；2)暗计数：<1000cps；3)工作温度范围：-20℃~55℃；4)时间抖动：<500ps。但是，在OTDR系统测试过程中，发现强反射事件后面出现探测器饱和问题，导致OTDR测试中出现不规则曲线，如图2-10所示。图2-10探测器饱和后OTDR测试曲线从图2-10可以看出，在一个强反射峰出现以后，曲线出现一个凹坑，导致无法准确计算此反射事件的插入损耗值。出现此问题主要是由于单光子探测器运行模式所导致，此探测器的运行模式为自由运行模式，虽然此模式的通用性很强，但是其存在固有缺陷。当OTDR测试中出现强反射峰时，光子数目的数量巨大，受
【参考文献】：
期刊论文
[1]小波降噪对汽车发动机噪声信号的处理方法研究[J]. 徐一帆. 内燃机与配件. 2019(14)
[2]基于小波变换和模极大值法的癫痫发作检测与分析[J]. 刘光达,王依萌,胡秋月,马孟泽,蔡靖. 电子技术应用. 2019(04)
[3]用光时域反射仪测定光纤故障点的体会[J]. 孟令飞,刘世龙,祖学锋. 数码设计. 2017(11)
[4]100Gbps DP-QPSK光纤通信系统技术研究[J]. 王文江. 通讯世界. 2016(09)
[5]光纤监测系统设计[J]. 王轶锴,陈伟,杨振昊. 电子设计工程. 2015(23)
[6]QDRTD单光子探测技术[J]. 王红培,王广龙,邱鹏,高凤岐,陈建辉. 红外与激光工程. 2012(10)
[7]用于OTDR的上位机软件设计[J]. 朱健琪,于振生. 电子测量技术. 2006(06)
[8]信号奇异性的小波分析[J]. 梁亚平,王惠珍,任兴民. 弹箭与制导学报. 2005(S8)
[9]浅谈光纤通信中的测试仪表OTDR[J]. 史彬哲. 甘肃科技. 2005(06)
[10]OTDR事件检测和定位算法[J]. 钟志宏,文科,王荣. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2004(05)
博士论文
[1]基于小波分析的测量信号处理技术研究[D]. 李翔.哈尔滨工业大学 2009
[2]小波理论在图像去噪与纹理分析中的应用研究[D]. 褚标.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]机载网络中高精度OTDR系统设计[D]. 孙昌艳.电子科技大学 2019
[2]时间相关单光子计数OTDR的高消光比窄脉冲产生技术研究[D]. 李浩.电子科技大学 2018
[3]基于信号奇异性分析的红外弱小目标检测[D]. 王振华.西安电子科技大学 2017
[4]基于OTDR的铁路贯通地线防盗的研究[D]. 杨哲.北京交通大学 2017
[5]基于VC++的光时域反射仪设计与开发[D]. 张琼方.北京交通大学 2015
[6]光时域反射的事件分析算法研究[D]. 孔衡.上海交通大学 2015
[7]基于FPGA的光时域反射仪的设计与研制[D]. 曹磊.北京交通大学 2014
[8]光时域反射仪事件检测算法和系统设计[D]. 李海亮.天津大学 2014
[9]多通道时间相关单光子计数技术的研究[D]. 陈兆东.哈尔滨工业大学 2013
[10]基于Qt的跨平台视频监控客户端的设计与实现[D]. 石沙.西安电子科技大学 2013
本文编号：3357759
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
事件盲区与衰减盲区
电子科技大学硕士学位论文14间才能达到比较高的测量精度。如果每个探测周期光子数过多则会引起信号失真和堆积效应，所以激光光源的输出功率不宜过高[14]，但是也不能太小，因为太小会加大返回信号的检测难度，动态范围偏低。根据性能指标需求，本系统中选用的脉冲发生器如图2-8所示。图2-8窄脉冲激光器外观示意图其相应指标为：1)中心波长：850nm；2)脉冲宽度：<1ns；3)脉冲峰值功率：>=100mW；4)重复频率：0.5MHz~10MHz可调；5)工作温度范围：-10℃~+55℃。2.5.2单光子探测器单光子探测器是本文中高精度OTDR系统中的重要模块。可以用于光子计数实验的探测器主要包括：光电倍增管、光电二极管、超转换边缘传感器、微通道板光电倍增管、真空雪崩光电二极管以及超导单光子探测器等。半导体单光子探测器的核心元器件是SPAD（单光子雪崩二极管），探测器的性能直接受到SPAD的各项指标影响。SPAD工作在盖革模式下，在吸收层由入射光子激发出的载流子通过电场的作用进入倍增层，在倍增层中强电场的作用下，载流子发生碰撞电离并形成雪崩效应，从而产生雪崩电流信号。为了满足不同波长的光子探测需求，如今市场上已出现多种材料类型的SPAD[15]。根据性能需求，本系统中采用的是EXCELITAS公司生产的SPCM-AQRH单光子探测器。
第二章高精度OTDR系统设计15图2-9单光子探测器外观图其相应指标为：1)灵敏度：850nm波长附件光子效率大于50%；2)暗计数：<1000cps；3)工作温度范围：-20℃~55℃；4)时间抖动：<500ps。但是，在OTDR系统测试过程中，发现强反射事件后面出现探测器饱和问题，导致OTDR测试中出现不规则曲线，如图2-10所示。图2-10探测器饱和后OTDR测试曲线从图2-10可以看出，在一个强反射峰出现以后，曲线出现一个凹坑，导致无法准确计算此反射事件的插入损耗值。出现此问题主要是由于单光子探测器运行模式所导致，此探测器的运行模式为自由运行模式，虽然此模式的通用性很强，但是其存在固有缺陷。当OTDR测试中出现强反射峰时，光子数目的数量巨大，受
【参考文献】：
期刊论文
[1]小波降噪对汽车发动机噪声信号的处理方法研究[J]. 徐一帆. 内燃机与配件. 2019(14)
[2]基于小波变换和模极大值法的癫痫发作检测与分析[J]. 刘光达,王依萌,胡秋月,马孟泽,蔡靖. 电子技术应用. 2019(04)
[3]用光时域反射仪测定光纤故障点的体会[J]. 孟令飞,刘世龙,祖学锋. 数码设计. 2017(11)
[4]100Gbps DP-QPSK光纤通信系统技术研究[J]. 王文江. 通讯世界. 2016(09)
[5]光纤监测系统设计[J]. 王轶锴,陈伟,杨振昊. 电子设计工程. 2015(23)
[6]QDRTD单光子探测技术[J]. 王红培,王广龙,邱鹏,高凤岐,陈建辉. 红外与激光工程. 2012(10)
[7]用于OTDR的上位机软件设计[J]. 朱健琪,于振生. 电子测量技术. 2006(06)
[8]信号奇异性的小波分析[J]. 梁亚平,王惠珍,任兴民. 弹箭与制导学报. 2005(S8)
[9]浅谈光纤通信中的测试仪表OTDR[J]. 史彬哲. 甘肃科技. 2005(06)
[10]OTDR事件检测和定位算法[J]. 钟志宏,文科,王荣. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2004(05)
博士论文
[1]基于小波分析的测量信号处理技术研究[D]. 李翔.哈尔滨工业大学 2009
[2]小波理论在图像去噪与纹理分析中的应用研究[D]. 褚标.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]机载网络中高精度OTDR系统设计[D]. 孙昌艳.电子科技大学 2019
[2]时间相关单光子计数OTDR的高消光比窄脉冲产生技术研究[D]. 李浩.电子科技大学 2018
[3]基于信号奇异性分析的红外弱小目标检测[D]. 王振华.西安电子科技大学 2017
[4]基于OTDR的铁路贯通地线防盗的研究[D]. 杨哲.北京交通大学 2017
[5]基于VC++的光时域反射仪设计与开发[D]. 张琼方.北京交通大学 2015
[6]光时域反射的事件分析算法研究[D]. 孔衡.上海交通大学 2015
[7]基于FPGA的光时域反射仪的设计与研制[D]. 曹磊.北京交通大学 2014
[8]光时域反射仪事件检测算法和系统设计[D]. 李海亮.天津大学 2014
[9]多通道时间相关单光子计数技术的研究[D]. 陈兆东.哈尔滨工业大学 2013
[10]基于Qt的跨平台视频监控客户端的设计与实现[D]. 石沙.西安电子科技大学 2013
本文编号：3357759
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