基于Raman散射分布式光纤测温系统中APD器件的温漂研究

发布时间：2017-03-29 15:09

  本文关键词：基于Raman散射分布式光纤测温系统中APD器件的温漂研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着光纤技术的快速发展，分布式光纤测温技术已被广泛地应用于温度测量领域中，成为温度测量的重要手段。与传统的温度传感技术相比，分布式光纤测温技术具有不受电磁干扰、可同时获取几百个甚至几千个温度信息和测温稳定可靠等特点，应用前景良好。 在整个分布式光纤测温系统中，作为APD重要参数之一的增益，容易受到外界环境的干扰，温度对其影响尤为明显。因此，必须对APD环境温度进行控制来保证APD正常工作、整个系统稳定运行，这也是本文研究的重点。本文主要研究内容包括： 1深入分析和研究了国内外关于分布式光纤测温技术的各种方法和技术，总结其优缺点，探讨了拉曼散射分布式光纤测温技术的可行性和必要性，重点介绍了其原理和优势。 2设计了一套基于Raman散射的分布式光纤测温系统，主要介绍了系统的总体设计方案、设计过程和硬件组成，完成了全部器件的选型和焊接工作。阐述了系统信号采集处理方法，论述了波分复用器的特性及系统的主要技术指标。完成了激光器驱动电路和信号放大电路的设计工作，并进行了相应的信号调试，验证了系统运行的可靠性和实时性。 3论述了APD的基本工作原理，对APD进行了噪声和最佳雪崩增益分析，讨论了APD雪崩增益与入射光功率、偏置电压及环境温度的关系。基于APD雪崩增益与三者的关系，设计了APD温漂测试系统。讨论了其组成及参数设置，并基于控制变量法进行了相应的温漂实验。实验结果表明在解决APD温漂问题上，恒温法优于偏压调节法。 4在上述实验结论的基础上，，基于恒温法设计了APD温漂控制系统。介绍了温漂控制系统的组成及恒温装置的设计。在恒温装置设计中考虑到了其箱体的选择及绝热材料的筛选。APD温漂控制系统的设计为解决APD温漂问题提供了保障，也是后续工作顺利进展的前提。
【关键词】：分布式 拉曼散射 光时域反射技术 测温系统 APD温漂
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH811
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目次9-12
• 图清单12-13
• 表清单13-15
• 1 绪论15-28
• 1.1 引言15-16
• 1.2 分布式光纤测温技术的特点16
• 1.3 分布式光纤测温系统概述16-22
• 1.3.1 分布式光纤测温系统的研究进展17-18
• 1.3.2 分布式光纤测温系统的主要类型18-22
• 1.4 光电转换器件概述22-26
• 1.4.1 光电二极管（PIN）23
• 1.4.2 光电倍增管（PMT）23-24
• 1.4.3 雪崩二极管（APD）24-26
• 1.4.4 光电转换器件的选择26
• 1.5 论文的内容安排与主要工作26-28
• 2 Raman 散射分布式光纤测温系统的构建28-39
• 2.1 系统结构28
• 2.2 激光器驱动电路的设计28-30
• 2.3 半导体激光器30-31
• 2.4 波分复用器特性31-32
• 2.5 光电转换器 APD32-33
• 2.6 放大电路设计33-35
• 2.7 信号采集处理部分35-36
• 2.8 系统分辨率分析36-38
• 2.8.1 空间分辨率36-37
• 2.8.2 温度分辨率37
• 2.8.3 时间分辨率37-38
• 2.8.4 系统性能指标38
• 2.9 本章小结38-39
• 3 APD 基本工作原理及特性39-47
• 3.1 APD 基本工作原理39-42
• 3.2 APD 雪崩二极管噪声的分析42-43
• 3.3 APD 雪崩增益分析43-46
• 3.3.1 APD 最佳雪崩增益推导43-45
• 3.3.2 影响 APD 雪崩增益的因素分析45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 APD 温漂实验研究47-65
• 4.1 实验系统组成及参数47-54
• 4.1.1 连续可调光源47-48
• 4.1.2 激光器连续光调整实验48-51
• 4.1.3 Y 型光衰减器51-53
• 4.1.4 APD 探测器53
• 4.1.5 温度可调恒温箱及放大电路53-54
• 4.2 实验目的和方案54-55
• 4.3 实验结果55-64
• 4.3.1 不同输入光功率与输出信号关系55-58
• 4.3.2 不同偏置电压与输出信号关系58-61
• 4.3.3 不同环境温度与输出信号关系61-63
• 4.3.4 偏压调整实验63-64
• 4.4 实验分析64
• 4.5 本章小结64-65
• 5 APD 温度控制系统的改进设计65-74
• 5.1 APD 温度控制系统的组成65
• 5.2 温度制冷片65-66
• 5.3 温控电路设计66-68
• 5.4 恒温装置的设计68-73
• 5.4.1 恒温装置形状的选择68
• 5.4.2 绝热材料的选择68-69
• 5.4.3 恒温装置尺寸结构设计69-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-79
• 作者简历79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈殿仁,姜会林,尹福昌;APD探测技术的实时噪声补偿[J];兵工学报;1999年02期

2 倪楠,苏国彬,李铮,刘建胜;模拟光接收机输出信噪比的计算[J];北京航空航天大学学报;2002年02期

3 耿军平,许家栋,郭陈江,韦高;全分布式光纤温度传感器研究的进展及趋势[J];传感器技术;2001年02期

4 李水冰;王宇;赵健康;刘茜倩;;光纤喇曼测温系统中APD增益稳定的研究[J];光电子技术;2009年03期

5 张鹏飞,周金运,廖常俊,刘颂豪;APD单光子探测技术[J];光电子技术与信息;2003年06期

6 周广丽;鄂书林;邓文渊;;光纤温度传感器的研究和应用[J];光通信技术;2007年06期

7 丁国庆;光通信用高速长波长APD结构优化与最佳光倍增[J];光通信研究;2000年05期

8 Mehmet Nalbant,徐继红;低噪声APD偏置电路[J];国外电子元器件;2002年09期

9 梁创,aphy.iphy.ac.cn,廖静,梁冰,吴令安;硅雪崩光电二极管单光子探测器[J];光子学报;2000年12期

10 刘 ，邹健，黄尚廉;分布式光纤温度传感器系统分辨率确定的理论分析[J];光子学报;1996年07期

  本文关键词：基于Raman散射分布式光纤测温系统中APD器件的温漂研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：274752