一、光子计数分布式光纤动态检测技术的研究（论文文献综述）
王洋[1]（2021）在《基于宽带布尔混沌的光纤故障特性检测》文中提出光时域反射仪是用于检测光纤故障和光纤连接点损耗的专业设备,由于其具有检测精度高、测量距离远、无损伤探测等优点,已被广泛应用于宽带互联网中的光纤链路检测与维护。光时域反射技术的基本工作原理是依靠分析光纤注入端接收的背向瑞利散射信号和菲涅尔反射信号与传输时间的关系来检测光纤故障特性,如连接点、熔接点、弯折、断裂、光纤损耗等事件。目前,国际上普遍使用的光纤检测技术是脉冲光时域反射技术,但是该技术具有原理性技术缺陷,即存在动态范围与空间分辨率无法同时提高的原理性矛盾。在量程大于百公里的情况下,其最大误差达数十米,无法满足光纤入户网络（Fiber To The Home,FTTH）、大数据中心等应用场合中对于光纤链路进行长距离、高精度（厘米级）检测的需求。基于光子计数的光时域反射技术为了扩大动态范围会增大激光脉冲的带宽,从而降低空间分辨率,而且需要较长的测量时间和对测试数据的校正,在实际应用中具有局限性。采用伪随机码调制的光时域反射技术通过增加码长来扩大动态范围,同时不会降低空间分辨率;但是,由于需要昂贵的电随机码调制器调制激光器产生随机码序列,而且电随机码调制器在产生周期过长的随机码时遇到了技术瓶颈,限制了动态范围和空间分辨率的大幅提升。随着光纤通信技术和光纤到户技术的飞速发展,研制一种精度高、性能可靠、成本低的光时域反射仪成为光纤故障检测的迫切需求。本文提出了基于直接调制技术的光时域反射仪,采用宽带布尔混沌信号作为信号源,并以此信号直接调制分布式反馈激光器,从而产生宽带混沌激光,对光纤进行故障检测。实验结果表明本文提出的光时域反射仪可以实现在大约70 km的测量范围内,实现了14 cm与探测距离无关的空间分辨率,达到了预期效果。本文提出的光时域反射仪较好地解决了光纤链路中动态范围与空间分辨率无法同时提高的问题,有望应用于实际工程中。本文较系统的研究了基于宽带布尔混沌的光纤故障检测方法,主要工作包括:（1）提出了利用宽带布尔混沌电信号直接调制半导体激光器,从而产生混沌激光的方法;（2）在仿真环境下产生了宽带布尔混沌电信号,并以此电信号作为信号源,根据半导体激光器的速率方程在仿真环境下产生了混沌激光;（3）在实验环境下产生了宽带布尔混沌电信号和符合系统要求的混沌激光;（4）根据方案设计搭建实验装置,对光纤进行不同故障类型检测。
许扬[2]（2021）在《面向管道渗漏检测的分布式光纤传感系统设计与研究》文中进行了进一步梳理进入二十一世纪以来,随着我国经济高速发展,人民生活水平日益提高,城市化率不断增长,工业生产不断扩大。由于管道运输的各项特性,其运输总量逐年上升。然而管道系统发生渗漏是一个普遍存在的问题,给社会造成巨大的资源浪费和严重的经济损失,甚至会危害人民生命。因此,对管道运行状态进行密切监控,对于保障管道健康运行,确保国民经济健康发展有十分重大的意义。近年来,随着分布式光纤传感技术日益发展与成熟,工程人员开始将这种技术应用于管道健康监测领域。本文基于管道渗漏温度变化特征,结合分布式光纤温度传感系统工作特点,设计并制作一款面向管道渗漏检测的分布式光纤传感仪,并提出基于分布式光纤传感系统的动态阈值检测法,最后通过实验证明该方法的可行性。本文主要完成的工作如下:（1）设计制作面向管道渗漏检测的分布式光纤传感样机,详细分析各关键硬件设备的技术参数对性能的影响。自主设计制作的分布式光纤拉曼传感系统的传感距离达到10 km,温度误差在±1℃以内,系统的空间分辨率为1.65 m,系统整体工作状态良好。（2）根据工程应用环境需求,设计分布式光纤传感软件系统。该软件系统包括光强信息采集及处理、温度信号解调、温度报警、渗漏检测、二维空间可视化系统、历史数据查询及其他辅助功能。（3）通过分析管道渗漏发生后渗漏位置周围环境温度的变化特点及管道沿线温度场分布情况,设计基于分布式光纤传感系统的动态阈值检测法。通过实验结果证明基于分布式光纤拉曼系统的动态阈值检测方法可以有效识别管道发生的渗漏并准确定位渗漏位置,其空间定位精度可以达到1 m。将该检测方法集成在软件系统中,完成面向管道渗漏检测的分布式光纤传感样机制作。
闵浩[3]（2021）在《高速量子密钥分发中的光源和数据采集系统研究》文中认为量子密钥分发（Quantum key distribution,QKD）是一种运用量子力学的基本原理实现的保密通信技术,其在军事和商业上都有巨大的应用潜力。自从1984年第一个QKD协议被提出以来,经过三十多年的高速发展,QKD在理论和实验两方面都有巨大的进步,并且正逐步走向产业化。实用化的QKD系统需要有足够的安全成码率（SKR）,当QKD系统具体的实施方案和传输信道都确定后,提升系统重复频率就是提高成码率的最重要手段之一。在早期QKD系统中,单光子探测器的性能是重复频率提升的最大障碍。而当频率提升到GHz级别之后,QKD系统的各个组成部分都面临着苛刻的要求,可能成为新的瓶颈。针对高速QKD的需求,本文从半导体激光光源,光调制器驱动电路以及高速的数据采集系统等几个方面开展了研究。在光源方面,本文首先研究了半导体激光器的直流特性,设计了针对半导体激光器的高精度低温漂的温度控制和电流控制电路,并通过干涉法精确地测量了激光器的温度漂移。其次,为了得到高速的光脉冲,从速率方程出发研究了增益开关半导体激光器的性质以及其对电脉冲信号的需求,并设计了高速的激光器脉冲驱动电路。由于光源的光谱宽度对测量设备无关QKD（MDI-QKD）有显着影响,本文利用自制的可调谐激光器表征了光脉冲的啁啾性质。综合以上的研究结果以及光源滤波技术,在1.25GHz的重复频率下得到了消光比29.5dB的光脉冲,并且实现了 0.484的HOM干涉对比度。在此之外,还得到了室温下10小时内温度稳定性在0.004℃的温度控制电路和漂移8.5ppm的电流控制电路,能够用于某些需要光锁相环路的QKD之中。在调制器驱动方面,本文针对GHz的QKD实验需求,设计了多通道多幅度的高速调制器驱动电路,在5GHz随机码驱动的情况下,最高的输出幅度可达7.5V。针对多路信号间相位关系不确定的问题,本文利用边沿触发器的特性实现了高速串行收发器（SerDes）的通道间相位自动对齐。经测试在不采用高精度的TDC的情况下,对齐精度可达2.5ps,足以满足目前GHz高速QKD的实验需求。本文还设计了一种非浮地输出的放大电路,目前已经在2GHz重复频率下实现了5V的摆幅,可以适用于QKD实验中调制器需要连接到地的情况。在数据采集方面,针对系统时钟频率以及光子计数率的提升和单光子探测器通道数的增加带来的新挑战,本文设计了一种基于高速SerDes的多通道探测器数据采集系统,能够实现2.5GHz时钟频率的QKD系统中32通道超导纳米线单光子探测器输出信号的同步接收和实时符合筛选。该系统采用10GHz的采样时钟,原理上可以支持10GHz的QKD实验。论文的研究工作支持了多个高速QKD实验,其创新之处总结如下:1.设计了低噪声低温漂的半导体激光器控制器,并且采用干涉的方法精确地测定了温漂。通过高精度控温结合增益开关和光源滤波的技术手段得到了1.25GHz重复频率的MDI-QKD光源,其消光比为29.5dB,双光子干涉对比度可达0.484。2.通过多通道波形合成得到5GHz重复频率下的4幅度光调制器驱动信号,最大幅度可达到7.5V。利用边沿触发器的性质实现了多通道SerDes相位的自动对齐,对齐精度2.5ps RMS精度,与目前基于高精度TDC手段得到的结果相当。3.实现了 GTX接收器的单端直流接收以及1.6ps步长移相,并以此为基础设计了多通道的高速的单光子探测器信号同步接收以及实时符合筛选系统,原理上支持10GHz的QKD实验。
张婧蕾[4]（2021）在《基于光子探测技术的高分辨率光纤光栅传感系统研究》文中指出光纤布拉格光栅（FBG）传感器体积小、抗电磁能力强、复用性高,已在基础设施建设、航空航天等众多领域得到了广泛应用。FBG传感技术的关键是实现对FBG中心波长的高效解调,目前存在的解调方法都能解调出FBG的中心波长,但实际工程中经常涉及到微弱信号探测,传统解调系统的性能受探测器抖动和响应时间的限制,测量精确度和探测灵敏度很难再提高。所以设计一种传感性能好且适合微弱信号探测的解调系统对促进FBG传感性能的提高具有重要价值。将量子特性应用到传感领域并结合光子检测技术能够突破APD、PIN等传统光电探测器的量子噪声极限,实现高精度的测量。本文围绕基于光子探测技术的光纤光栅传感系统展开研究,主要内容包含以下四部分:1.介绍了光纤光栅传感的相关基本理论与解调方法,对比了已有的解调系统,介绍了基于光子探测技术的光纤光栅传感（PC-FBG）解调系统。2.介绍了PC-FBG传感系统的解调原理。利用蒙特卡洛仿真方法建立了仿真模型,分析了光源抖动和FBG传感器自身抖动对系统的灵敏度和波长分辨率等参数的影响,仿真结果表明,PC-FBG传感系统对光源抖动和FBG传感器自身抖动比较敏感,抖动越小传感系统的传感性能越好。3.在单波长PC-FBG传感系统的基础上,提出了双波长PC-FBG传感系统,介绍了其组成和解调原理。通过仿真对比了基于APD、PIN等传统光电探测器的FBG传感系统和基于单光子探测器的双波长FBG传感系统的传感性能,仿真结果表明,在单光子探测器的入射功率为0.5n W时,能够分辨出0.01pm的波长漂移量,APD、PIN光电探测器的入射功率为0.001W的情况下最多能分辨0.1pm的波长漂移量,表明PC-FBG传感系统更适合进行微弱信号的测量。4.对单波长PC-FBG传感系统进行了实验验证,通过实验分析了单波长PCFBG传感系统的波动性、波长分辨率及波长检测精度等传感参数,利用卡尔曼算法对系统进行了降噪处理以减小计数波动。实验结果显示,利用卡尔曼滤波算法进行去噪处理后,单波长-单脉冲PC-FBG传感系统的波长分辨率能够达到0.14pm;单波长-双脉冲PC-FBG传感系统在0.1℃的温度变化步长下,其波长分辨率为0.05pm,在2℃的温度变化步长下,系统的波长分辨率能够提高到0.013pm。
王睿[5]（2020）在《Lidar控制与数据采集系统研究》文中研究表明激光雷达是将激光作为载波来对目标进行探测,具有较高分辨率以及较强的抗干扰能力,因此在大气风场探测、地理测绘、交通测速、生物医学等领域有着广泛的应用。在大气风场探测领域,激光雷达主要是利用光的多普勒效应来对激光与大气粒子相互作用后的激光频率的变化进行探测,根据探测结果最后通过反演算法获得风场信息。从探测方式上来说,测量多普勒频移主要有直接探测和相干探测两种方式。本论文主要针对这两种探测方式,分别设计了不同的激光雷达控制与采集系统。对于直接探测方式,通常的信号探测模式是使用单探测器,但是单探测器的缺点是会限制测风雷达的动态范围。当探测距离为30km时,电子学系统的线性动态范围要求达到了 5～6个数量级。在这种情况下,只采用模拟采样或单光子计数方式便很难满足需求。为了扩大单探测器下的测风雷达的动态范围,我们设计了一套具有大动态范围的基于单探测器的中高层激光测风雷达读出电子学系统。系统可以同时使用模拟采样和光子计数方式来进行探测。其中,模拟采样方式用于探测近场强回波信号,光子计数方式用于探测远场弱回波信号。同时,为了提高雷达标定的精确度,设计了积分采样通道用于激光能量校准。信号采集后,将模拟采样通道和光子计数通道的数据进行拼接,最后传输到上位机。同时,读出电子学系统的高集成度也可以满足当前测风雷达系统的小型化需求。对于相干探测方式,其目的是为了实现对极微弱激光回波信号的测量。为了提高数字接收机探测极微弱信号的能力,需要一个具有高信噪比的平衡探测器系统和数据采集系统。平衡探测器的主要探测元件为光电二极管,通过一个跨阻放大器来将光电流信号转化为电压信号。由于高带宽跨阻放大器对寄生电容和元器件误差较为敏感,因此光电二极管的结电容会严重影响跨阻放大器电路的噪声性能和信号带宽,不同光电二极管之间结电容的差异将会导致信噪比的下降。由于光电二极管的结电容和反向偏置电压在对数坐标上成线性关系,因此可以通过动态调节反偏电压的方式来改变结电容,从而实现对电路性能的优化。搭建了一个光学系统来对所设计的平衡探测器系统的性能进行测试,测试结果显示,探测器系统的信噪比高于商用探测器的信噪比。对于探测距离为10km的相干测风激光雷达来说,信噪比的提升将会使探测距离提升约1.5km。论文工作的主要创新点:（1）提出了一种全新的2μm平衡探测器的设计方案,大幅提高了探测器系统的信号幅度和信噪比,解决了当前2μm相干测风雷达使用的平衡探测器信噪比较低导致探测距离不够的问题;（2）提出了一种用于保护光电倍增管的分压电路门控设计方案,实现了对光电倍增管输出信号的控制,在实际应用中可以保护光电倍增管不受强光信号的影响;（3）提出了模拟采样和光子计数相结合的设计方案,提高了直接探测激光雷达的探测范围,设计了相应的探测器系统和数据采集系统,实现了探测和采集的一体化设计。
李斌[6]（2020）在《光子计数光时域反射仪关键技术研究》文中研究表明随着光纤技术在通信、测量、控制、能源等领域的广泛应用,相关行业发展对光纤基础架构上的测试级别、准确性、精确度提出了更高要求。光纤测试在光纤网络的设计、部署和维护等方面所起作用至关重要,新技术的出现和旧技术的拓展也反过来不断推进光纤行业高质量的发展。作为国际上最早被研究并商用的光纤测试技术之一,光时域反射仪目前已成为光纤领域应用最基本、最广泛的测试手段。光子计数光时域反射仪则是一种结合了光时域反射技术和量子探测技术而衍生的新型光纤检测技术,克服了测试距离和空间分辨率之间的矛盾,对提升光纤测试能力具有重要意义。本文以基于单光子探测的光子计数光时域反射仪为研究对象,分析了其测试原理和特点,并对如何提高其测试性能进行了相应的讨论。通过优化探测方式、器件性能和数据处理算法,重点围绕去除探测器饱和计数对动态范围提升的限制、消除色散对空间分辨率劣化的影响、克服在航空光缆检测应用中面临的技术难题这三方面内容展开研究。论文的主要研究内容和创新工作如下:（1）提出并论证了通过外时间门控提高光子计数光时域反射仪动态范围的方案。受单光子探测器死时间的限制,光子计数光时域反射仪的计数率达到饱和后无法通过增大光功率提升动态范围。针对此问题,利用高速光开关设计了光纤分段测试的实现方法,即使用外部门控信号控制光开关以完成对后向传输光的强度调制,只有门控信号开启时间内的后向传输光能被单光子探测器探测到,通过增加探测光的强度提升门控范围内有效信号的强度,进而把光子计数从整段测量光纤范围集中到门控范围内,实现了大动态范围测量。实验结果表明,利用50 ns宽的门控信号扫描70 m长的光纤,实现了30 dB的动态范围,相比没有门控操作,动态范围提高了11 dB,与理论分析相符合。同时,随着动态范围的提升,被噪声淹没的低损耗事件也得以显现,最终观察到了0.37 dB的损耗事件。（2）提出并论证了利用无限散射技术实现色散无关光子计数光时域反射仪的方案。光时域反射系统在长距离光纤测试过程中,由于色散的影响导致脉冲展宽从而造成空间分辨率受限。针对此问题,设计了利用宽脉冲光进行探测的实现方法,即向被测光纤中周期性地注入与测试距离相关的宽脉冲光,同时在发射端对后向传输光进行记录,通过相邻时间通道内光子数的差分运算即可获得对应位置的后向信号,进而分析出被测光纤的传输情况。研究结果表明,该方案中空间分辨率不受脉冲宽度影响,不仅取消了光时域反射系统对窄脉冲激光器的依赖,而且具有色散无关的特性。此外,为进一步提高测试效率,提出了融合外时间门控的无限散射光子计数光时域反射仪方案,理论分析证明该融合方案对缩短测试时间和提高信噪比具有重要作用。实验结果表明,获得相同信噪比时,采用5个外时间门控信号扫描25 km长的被测光纤,系统的测试时间相比无门控操作可以缩短80%左右。（3）完成了基于光子计数光时域反射技术的航空光缆检测设备的设计和开发,并得到了成功应用。现有的光时域反射技术无法满足航空光缆短距离、高空间分辨率的测量要求,针对此问题,应用单光子探测技术设计了高空间分辨率多通道光缆自动检测的实现方法。为了满足系统对高性价比窄脉冲光源的需求,提出了基于半导体增益开关原理的阶梯波调制方案,利用第一段调制电流进行载流子数的累积,直到腔内载流子密度达到阈值时停止注入,之后随着第二段幅值更大的调制电流注入,载流子累积速率大大提高,从而输出高功率、高消光比的窄脉冲。为了简化数据处理过程,降低对设计人员经验的依赖,提出了基于小波包分析和支持向量机的事件自动识别方案,利用小波包的多辨析特性提取故障的特征向量,作为支持向量机的输入进行训练和测试,从而完成事件类别的判断,并得到识别率。系统测试结果表明,结合自主研发的850 nm波长的窄脉冲激光器,实现了约18 dB的动态范围和小于9 cm的空间分辨率,事件识别率达到了99%。在实现国产化高精度航空光缆检测领域具有里程碑式意义。
王彬[7]（2020）在《基于光纤背向散射的高空间分辨率分布式光纤传感技术研究》文中提出近年来,在互联网技术的推动下,物联网发展迅速,并且逐渐渗透到了生活和生产中的各个方面。在物联网系统架构中,传感系统作为整个网络的“眼睛和皮肤”,承担着采集外界信息的重要功能。相比于传统的电学传感器,光纤传感器具有质量轻、体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、传感点数多和灵敏度高等优点。因此,引起了学术界和产业界的广泛关注。在某些应用场景中,例如飞机、大楼、桥梁等结构的健康监测,通常要求传感系统能够实现厘米甚至毫米量级的空间分辨率。然而,空间分辨率和其他性能指标之间往往存在相互制约关系。因此,如何在确保高空间分辨率的前提下同时实现长测量距离、高测量速度和高测量准确度,对于进一步拓展分布式光纤传感器的应用场景具有非常重要的研究意义。本文聚焦于基于光纤背向散射的高空间分辨率分布式光纤传感技术研究,具体研究内容包括:基于瑞利散射的光频域反射仪（Optical frequency domain reflectometry,OFDR）和基于布里渊散射的布里渊光相关域分析仪（Brillouin optical correlation domain analysis,BOCDA）。其中基于OFDR的分布式传感系统主要适用于光纤网络健康监测、高测量准确度小动态范围的温度/应变传感等,而基于BOCDA的分布式传感系统则主要适用于绝对温度/应变测量、大动态范围低测量准确度的温度/应变传感等。本论文的创新点和主要研究成果如下:1)针对OFDR系统中空间分辨率和测量距离之间存在的制约关系,创新性地提出了基于外部调制和频率啁啾放大的大范围高线性度扫频光源,并将其应用于长距离高空间分辨率OFDR系统。在OFDR系统中,光源的扫频范围和扫频线性度决定了系统的空间分辨率和测量距离。为了实现长距离测量,我们采用外部调制方案来实现线性光扫频。为了实现高空间分辨率,我们提出了基于高阶调制、注入锁定和四波混频效应的频率啁啾放大技术来增大光源的扫频范围。基于该方案,实现了2 km测量范围内1.1 mm的空间分辨率。此外,我们对OFDR系统中光源相位噪声的影响进行了详细的分析,并提出了基于光纤延迟环路和快速扫频的两种相位噪声补偿方案。在应用方面,基于该OFDR系统实现了光纤网络健康监测以及高精度分布式温度/应变传感。此外,我们还将提出的大范围高线性度扫频光源应用于扫频光谱测量系统,实现了<200 k Hz的频谱分辨率以及～100 GHz的测量范围,并且能同时测量待测器件的幅度和相位信息。2)针对BOCDA系统中有效传感点数受限的问题,提出了基于频率啁啾放大和凸度提取算法的高性能BOCDA系统。在BOCDA系统中,有效传感点数和光源的调制光谱范围成正比。为了增加有效传感点数,提出了基于四波混频效应的频率啁啾放大技术来增大光源的调制光谱范围。此外,我们对BOCDA系统的噪声特性进行了详细的理论分析和仿真计算,并创新性地提出了基于凸度提取的数据处理方法。利用该方法,在不增加硬件复杂度的条件下,同时提高了BOCDA系统的动态范围和空间分辨率。3)提出了基于注入锁定技术的超高速BOCDA系统。在BOCDA系统中,光源的寄生强度噪声是影响系统测量速度和测量准确度的重要因素。我们通过引入注入锁定技术来降低光源的寄生强度噪声,显着地提高了BOCDA系统的测量速度。在常规BOCDA系统中,通常需要对待测光纤进行双端接触。为了提高动态BOCDA系统在工程应用中的灵活性,提出了基于偏振复用的单端动态BOCDA系统。为了进一步提高BOCDA系统的测量速度,我们还提出了双斜率辅助的BOCDA系统。通过检测布里渊增益谱线性区的幅度变化,我们可以准确地获得待测光纤上的温度/应变信息。基于该系统,实现了最高5 k Hz的分布式测量重复率,并且还实现了机械波传播的动态监测。综上所述,本文旨在通过分析现有的高空间分辨率分布式光纤传感系统在测量距离、测量速度等方面的限制因素,提出提高传感系统性能的新思路和新方法。本文中提出的高性能传感系统在有望进一步推动分布式光纤传感系统在更多领域中的应用。
上官明佳[8]（2017）在《1.5μm单光子探测器在激光遥感中的应用》文中进行了进一步梳理单光子探测器作为最精密的测量仪器,可探测到光的最小单元,单个光子。单光子检测技术己广泛应用在激光雷达、分布式光纤探测器、生物荧光检测、量子信息、光学成像等领域。目前,1.5 μm波段单光子探测器主要包括超导纳米线单光子探测器、频率上转换单光子探测器、InGaAs/InP单光子雪崩二极管。1.5 μm波段气溶胶激光雷达具有人眼安全,大气透过率高,受瑞利散射干扰小,太阳背景辐射弱的优点。本论文针对这三个探测器的特点,分别研制了不同类型的激光遥感设备。本论文的主要工作如下:1.研制了基于上转换单光子探测器的人眼安全1.5μm微脉冲气溶胶激光雷达。采用高探测效率和超低噪声的上转换单光子探测器,实现了大气回波信号的高信噪比探测。在脉冲能量为110μJ,望远镜口径100mm,时间分辨率5分钟,激光雷达实现了水平距离7km的大气气溶胶探测。在验证实验中,上转换气溶胶激光雷达实现了对大气能见度的昼夜连续24小时的观测。2.研制了 1.5μm波段的全光纤、微脉冲、人眼安全的高光谱分辨测风激光雷达。通过采用基于扫描Fabry-Perot干涉仪的高光谱分辨率技术,以及单光子检测技术,同时获得了大气气溶胶谱的频移和谱宽信息。在验证实验中,当时间分辨率1分钟时,水平探测距离达到4km。在距离为1.8km的位置,距离分辨率由30m变换到60m。对比实验中,高光谱分辨测风激光雷达的径向风速测量结果与超声风场传感器Vaisala所得测量结果吻合。根据经验公式,风速的标准偏差在1.8km处为0.76m/s,光谱展宽的标准偏差在1.8km处为2.07MHz。3.研制了基于1.5 μm波段的结构紧凑、人眼安全、双边缘直接探测多普勒测风激光雷达。通过采用全光纤保偏结构,保证了光学耦合效率,提高了系统稳定性。通过采用时分复用技术,仅采用单通道Fabry-Peort干涉仪和单通道上转换单光子探测器,实现了双边缘探测技术。校准实验中,系统的相对误差低于0.1%。验证实验中,双边缘测风激光雷达实现了连续48小时的大气的风场和能见度探测。该激光雷达的测量结果与超声测风传感器具有很好的一致性,速度的标准偏差为1.04 m/s,方向的标准偏差为12.3°。4.研制了基于自由运行InGaAs/InP单光子探测器的1.5气溶胶激光雷达。针对激光雷达应用,对自由运转单光子探测器探测效率、暗计数率、后脉冲概率、最大计数率进行了优化。通过优化,探测器的最大计数率为1.6 Mcps,探测效率10%,暗计数率950cps,后脉冲概率18%。针对InGaAs/InP单光子探测器后脉冲概率大的特点,提出了一种针对后脉冲和计数率修正的算法。在外场实验中,经算法修正后,基于InGaAs/InP单光子探测器的气溶胶激光雷达探测的Pr2与基于超导单光子纳米线探测器探测的结果吻合,相对误差约为2%。5.研制了基于超导纳米线单光子探测器的双频多普勒测风激光雷达。采用双频激光器代替传统的多通道Fabry-Perot干涉仪,实现了激光器和光学鉴频器的高精度锁频。采用高量子效率和低暗计数噪声超导纳米线单光子探测器,提高了探测信噪比,其100Mcps的最大计数率避免了激光雷达的信号饱和现象。采用时分复用技术,基于集成光电子学器件实现不同方向的径向风探测,无机械扫描器件。采用微弱光源、小口径望远镜,在10米高度分辨率、10秒时间分辨率条件下,超导双频激光雷达实现了 2.7km高度以下大气的风切变探测。6.研制了基于上转换光子计数探测器和全光纤法布里-珀罗扫描干涉仪的直接探测布里渊时域反射计。由于上转换单光子探测器超低的噪声等效功率,以及Fabry-Perot干涉仪高光谱分辨率的优点,沿保偏光纤的布里渊谱可以直接在光学频域进行分析。采用高光谱分辨方法,同时获得光纤中布里渊散射谱的频移、功率和谱宽信息,实现了分布式温度传感。采用双边缘技术,实现了动态应变的快速探测。
夏岚[9]（2016）在《基于布里渊和瑞利散射的增敏型分布式光纤传感系统》文中认为分布式光纤传感技术由于其具有长距离、大范围、多参量传感、精度高的特点,被广泛的应用于大型土木工程、光纤通讯、电力工业等大范围、长距离、高危险领域的结构健康监测中。温度和振动作为静态参量和动态参量的两个典型参量,对于它们的分布式监测受到了广泛的关注。基于布里渊散射的光时域反射技术（BOTDR）和基于相干瑞利散射的相位敏感光时域反射技术（Φ-OTDR）是两种十分重要的光纤传感技术。BOTDR能够同时解调光纤沿路的温度和应变分布；Φ-OTDR可以实现对振动的多点分辨。这使得这两种技术受到了关注,他们应用于分布式传感方面的研究被广泛的报道,并且越来越成熟。但是这两项技术仍旧存在一定的局限性。BOTDR系统由于布里渊信号光十分微弱,温度测试精度和传感距离受到了限制。而在传统的Φ-OTDR系统中,光源的波长是固定的,此时产生的相干瑞利散射信号仅对振动敏感,所以系统的传感参数单一,且受限于脉冲重复周期,频率响应范围存在局限性。针对这些问题,本文的主要研究工作如下：1.为了获得高动态范围和高空间分辨率的分布式温度传感系统,设计了一种基于单光子探测技术的布里渊分布式温度传感系统。利用单光子探测技术,可以解决BOTDR中微弱光探测的问题。该系统利用瑞利散射光与布里渊反斯托斯克光强度的比值（RASR）对光纤沿线的温度进行测试。采用光纤光栅（FBG）滤波器串从背向散射光中提取出布里渊信号光。经过滤波器后,布里渊散射光相对于背向瑞利散射光具有23dB的抑制比。在对脉冲光不进行任何放大的前提下,该系统获得了18dB的动态范围（相当于90km的传感距离）,温度测试误差小于1℃。此外,该系统能够同时获得1.2m的空间分辨率,2.28℃的温度测试误差和8.5dB的动态范围（相当于42.5km的传感距离）。2.为了能够使分布式传感系统能够同时对温度和振动敏感,设计了一种融合Φ-OTDR与FBG对的温度/振动同时传感系统。在这个系统中,FBG对的结构使得弱反射、具有高斯反射谱的FBG对能够像滤波器一般将温度造成FBG波长的改变变成反射光功率的变化。这种方式使得将组成FBG对的两个具有相同性质的弱反射FBG嵌入到传感光纤中,Φ-OTDR系统中的窄线宽激光器便可以用作FBG对的工作激光器。实验结果表明这个融合系统能够在20.4km的传感光纤上,以10m的空间分辨率实现了对81Hz扰动事件的测试,事件定位的信噪比达到了7.5dB。同时系统还能够实现多点温度的传感,温度测试精度达到了0.12℃。3.为了拓展基于Φ-OTDR的分布式振动传感系统的频率响应能力,提出了一种单端的融合马赫-泽德干涉仪（MZI）和Φ-OTDR的宽谱振动传感系统。在这个系统中,我们同时将不同频率的脉冲光和连续光注入到传感光纤中。在光纤末端,我们设计了一个频移反射镜（FSM）使得连续光能够反向传输回至光纤前端。这样将使得背向散射的瑞利散射光和反向传输的连续光都能够与本振光在光纤前端相干,从而构成了一个单端的传感系统。基于频分复用技术的原理,瑞利散射光和MZI获得的干涉信号能够通过不同中心频率的数字带通滤波器进行区分,因此Φ-OTDR和MZI可以毫无干扰的同时工作。实验结果表明该系统能够在6.35km的传感光纤上实现振动的定位,频率响应能够达到1.2MHz。这个单端的系统能够获得振动的定位以及具有较宽的频率响应范围,能够广泛的应用于基础通讯和交通的健康监测中。
曹立军[10]（2006）在《分布式光纤温度测量及数据处理技术研究》文中认为分布式光纤传感技术是利用光纤的相关物理特性对被测量场的空间和时间行为进行实时监测的技术。光纤传感器作为一种测量新技术，利用光波导原理，具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可挠性好、抗电磁干扰、耐化学腐蚀、原料丰富、制造过程能耗少、节约大量有色金属等突出优点，近年来逐渐扩大应用范围和应用领域。在光电子技术、计算机技术和微电子技术的发展带动下，分布式光纤传感技术迅速发展，从理论研究走向产品化，解决了很多使用传统传感器难以解决的问题，也是传感领域研究的一个热点。分布式光纤温度传感器的光纤即是传输介质，又是传感介质，可实现沿光纤连续分布的温度场的分布式测量，测试用光纤的跨距可达几十千米，空间分辨率高，误差小，与单点或多点准分布测量相比具有较高的性能价格比，以其独特的技术优势广泛应用于工业、国防、航空航天、交通运输和日常生活等各个领域。 本论文对基于拉曼散射的分布式光纤温度传感及其数据处理技术进行了系统而深入的研究，通过对长距离皮带传输线工作特性进行分析及试验，设计分布式光纤温度传感系统并应用于长距离皮带传输线的实际温度检测和火灾报警中。主要工作有以下几个方面： 1．基于散射的光纤传感技术所涉及的基础理论的研究。利用传统光学和量子力学理论，对光在光纤中的传输特性进行了分析，研究了光纤传感中的影响因素，获得了受温度调制的反斯托克斯光强的关系。为得到沿光纤分布的温度场信息，采用光时域反射技术和对温度不敏感的斯托克斯曲线求解反斯托克斯曲线，实现分布式光纤温度测量。 2．从长距离皮带传输线的实际温度检测应用角度探讨了基于拉曼散射的分布式光纤传感系统的设计并完成实用的虚拟仪器设计。设计中采用了先进的计算机软硬件和数据库技术，使系统满足实际工程测量要求，在实际皮带传输线温度检测中测试应用良好，为工程应用和生产化提供基础。 3．深入探讨了分布式光纤温度传感中测量距离、空间分辨率、测温精度和测量时间等几者的关系及其影响因素。有别于其它温度传感技术，在分布式温度传感测量中这些因素是互相关联的，不能孤立的谈论某一参数，对系统整体的性能评估用品质因数来描述。 4．由于测量的反斯托克斯信号和斯托克斯信号非常微弱，完全淹没在噪声中。需要采用微弱信号处理技术。而且数据处理技术的性能对测量指标有重要的影响，在整个分布式光纤温度传感系统中具有重要地位，是系统设计中的重要一环。通过对各种新的信号处理技术进行研究，提出了一种基于高精度A／D转换器完成的信号处理方案。 5．深入研究了Sigma Delta调制器实现高精度A／D转换的原理和计算方法并应用于数据采集处理中，很好的解决了测量精度的问题。通过采用sigma delta调制器改进的有限周期算法和减少冗余算法，使得可以根据工程实际需要灵活调整计算精度和计算速度。 6．先进的编程技术（LabVIEW）和关系型数据库的采用，即加快了系统开发的时间，又解决了实际工程应用中分布式温度测量海量数据的管理问题。采用LabVIEW完成上层软件设计，实现了虚拟仪器功能。 7．分析了皮带传输线工作特点，通过实验和现场测试，获得了温度检测的基准数据和修正方法，并在实际测量中应用获得了良好的效果。而灵活、多样可设置的报警方式为系统应用提供了有力的保证。
二、光子计数分布式光纤动态检测技术的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光子计数分布式光纤动态检测技术的研究（论文提纲范文）
（1）基于宽带布尔混沌的光纤故障特性检测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.2 光纤的发展与特性 |
| 1.2.1 光纤的发展与应用 |
| 1.2.2 光纤特性 |
| 1.2.3 常见的光纤故障 |
| 1.3 现有的光纤故障特性检测方法 |
| 1.3.1 光时域反射技术的原理 |
| 1.3.2 脉冲光时域反射技术 |
| 1.3.3 光子计数光时域反射技术 |
| 1.3.4 伪随机码光时域反射技术 |
| 1.3.5 混沌光时域反射技术 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 宽带布尔混沌激光的产生 |
| 2.1 光注入方式产生混沌激光 |
| 2.2 光反馈方式产生混沌激光 |
| 2.3 光电反馈方式产生混沌激光 |
| 2.4 调制方式产生混沌激光 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于宽带布尔混沌信号的光纤故障特性检测的系统设计 |
| 3.1 系统整体方案设计 |
| 3.2 系统中关键模块介绍 |
| 3.2.1 激光器模块 |
| 3.2.2 光电探测器模块 |
| 3.3 宽带布尔混沌电信号的产生 |
| 3.4 直接调制方式产生宽带布尔混沌激光 |
| 3.4.1 直接调制原理 |
| 3.4.2 直接调制的数值模拟及测试分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 光纤故障特性检测及分析 |
| 4.1 实验装置及原理 |
| 4.2 空间分辨率 |
| 4.3 动态范围 |
| 4.4 光纤断点检测及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（2）面向管道渗漏检测的分布式光纤传感系统设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 常用管道渗漏检测手段及方法 |
| 1.3 分布式光纤传感检测法的研究现状 |
| 1.3.1 分布式光纤传感技术研究现状 |
| 1.3.2 分布式光纤传感检测管道渗漏的研究现状 |
| 1.4 项目来源及本文结构安排 |
| 第2章 分布式光纤拉曼传感系统设计 |
| 2.1 系统关键性能指标分析 |
| 2.2 系统总体设计方案 |
| 2.3 系统关键器件选型 |
| 2.3.1 脉冲激光器 |
| 2.3.2 波分复用器 |
| 2.3.3 雪崩光电探测器 |
| 2.3.4 数据采集卡 |
| 2.3.5 传感光纤 |
| 2.4 系统关键技术指标 |
| 2.4.1 测温精度 |
| 2.4.2 空间分辨率 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 分布式光纤拉曼传感系统软件设计 |
| 3.1 软件总体设计方案 |
| 3.2 信号采集解调系统 |
| 3.2.1 拉曼后向散射光信号采集与处理 |
| 3.2.2 温度信息解调 |
| 3.3 二维空间可视化系统 |
| 3.4 历史数据查询功能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 面向管道渗漏检测的动态阈值检测技术 |
| 4.1 动态阈值检测技术原理 |
| 4.2 动态阈值检测技术实验 |
| 4.2.1 渗漏环境温度变化特点 |
| 4.2.2 动态阈值检测技术验证 |
| 4.3 渗漏速度与温度变化速率关系分析 |
| 4.4 动态阈值识别法软件集成 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）高速量子密钥分发中的光源和数据采集系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子保密通信的起源与发展 |
| 1.1.1 量子密钥分发的需求背景 |
| 1.1.2 量子密钥分发的发展历史 |
| 1.2 量子密钥分发中的光源 |
| 1.2.1 BB84协议 |
| 1.2.2 弱相干光源 |
| 1.2.3 激光器的选择 |
| 1.2.4 单激光器与多激光器方案 |
| 1.2.5 激光的腔外调制 |
| 1.3 高速QKD中的电子学系统面临的技术挑战 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 第2章 半导体激光器的控制 |
| 2.1 半导体激光器 |
| 2.1.1 半导体激光器的结构 |
| 2.1.2 DFB半导体激光器的发光特性 |
| 2.1.3 QKD中对半导体激光器的控制需求 |
| 2.2 温度控制电路 |
| 2.2.1 热敏电阻和半导体制冷模块 |
| 2.2.2 总体设计与电路结构 |
| 2.2.3 反馈控制系统的环路 |
| 2.2.4 噪声分析 |
| 2.2.5 控温效果测试 |
| 2.3 电流控制电路 |
| 2.3.1 电路结构 |
| 2.3.2 噪声分析 |
| 2.3.3 电流噪声和长漂测试 |
| 2.4 电路板的数字控制系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 半导体激光器的高速调制 |
| 3.1 QKD实验中的光脉冲 |
| 3.1.1 QKD对光脉冲宽度的要求 |
| 3.1.2 QKD对光谱宽度的要求 |
| 3.1.3 光脉冲的产生方式 |
| 3.2 半导体激光器的速率方程与增益开关 |
| 3.2.1 速率方程及其数值仿真 |
| 3.2.2 光脉冲与电脉冲关系测试 |
| 3.3 增益开关电脉冲产生电路 |
| 3.3.1 电路结构 |
| 3.3.2 电路产生的电信号和光信号测试 |
| 3.4 增益开关光脉冲的啁啾 |
| 3.5 脉冲光光谱的压缩 |
| 3.5.1 注入锁定和光滤波器 |
| 3.5.2 光谱压窄效果测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 高速直流耦合脉冲驱动电路 |
| 4.1 电光调制 |
| 4.1.1 电光调制器 |
| 4.1.2 调制器需要的电驱动信号 |
| 4.2 电路结构 |
| 4.2.1 高速串行收发器 |
| 4.2.2 数模转换和波形合成 |
| 4.2.3 直流放大 |
| 4.3 多通道间的相位对齐 |
| 4.3.1 时钟结构 |
| 4.3.2 相位内插器 |
| 4.3.3 波形相位调节与对齐 |
| 4.3.4 一种各个通道的相位自动对齐的方法 |
| 4.3.5 对齐的效果 |
| 4.4 脉冲驱动板的使用和测试 |
| 4.4.1 4个独立电平的调节方式 |
| 4.4.2 增大输出的摆幅 |
| 4.4.3 性能测试 |
| 4.5 输出非浮地的放大电路 |
| 4.5.1 输出浮地的缺点 |
| 4.5.2 一种输出非浮地的直流连接方式 |
| 4.5.3 连接方式的改进 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 单光子探测器信号采集系统 |
| 5.1 需求背景 |
| 5.1.1 QKD中的单光子探测器以及TDC |
| 5.1.2 高速高码率MDI-QKD需要的信号采集系统 |
| 5.2 采集系统的搭建 |
| 5.2.1 数字方案与模拟方案 |
| 5.2.2 高速串行收发器的接收端 |
| 5.2.3 GTX接收器的单端直流接收 |
| 5.2.4 相位调节 |
| 5.2.5 高速收发器级联 |
| 5.2.6 数字逻辑设计 |
| 5.3 性能测试 |
| 5.4 平台升级方案探讨 |
| 5.4.1 接口数量 |
| 5.4.2 接收电路 |
| 5.4.3 数据上传 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（4）基于光子探测技术的高分辨率光纤光栅传感系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光纤传感器分类 |
| 1.3 光纤光栅传感器的研究进展和应用进展 |
| 1.3.1 光纤光栅制作工艺进展 |
| 1.3.2 光纤光栅传感器的分类 |
| 1.3.3 光纤光栅传感器的应用进展 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 光纤光栅传感理论基础与解调方法分析 |
| 2.1 光纤光栅传感理论 |
| 2.1.1 应变传感理论 |
| 2.1.2 温度传感理论 |
| 2.2 光纤光栅传感系统的解调方法 |
| 2.2.1 光谱仪解调法 |
| 2.2.2 匹配光纤光栅滤波解调法 |
| 2.2.3 可调谐F-P滤波解调法 |
| 2.2.4 边缘滤波解调法 |
| 2.2.5 非平衡马赫-曾德(M-Z)干涉法 |
| 2.2.6 非平衡迈克尔逊干涉法 |
| 2.2.7 基于光子探测技术的光纤光栅传感解调法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于光子探测技术的光纤光栅传感系统分析 |
| 3.1 PC-FBG传感系统的设计 |
| 3.1.1 PC-FBG传感系统的组成 |
| 3.1.2 PC-FBG传感系统的解调方法 |
| 3.2 PC-FBG传感系统的仿真验证 |
| 3.2.1 PC-FBG传感系统的仿真模型 |
| 3.2.2 蒙特卡洛仿真分析 |
| 3.3 PC-FBG传感系统参数分析 |
| 3.3.1 PC-FBG传感系统的波长检测灵敏度分析 |
| 3.3.2 PC-FBG传感系统的波长分辨率分析 |
| 3.4 双波长PC-FBG传感系统分析 |
| 3.4.1 双波长PC-FBG传感系统解调方法 |
| 3.4.2 双波长PC-FBG传感解调方法仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于光子探测技术的单波长光纤光栅传感系统实验研究 |
| 4.1 PC-FBG系统的实验验证 |
| 4.1.1 实验系统平台介绍 |
| 4.1.2 重复性实验与分析 |
| 4.1.3 系统的传感参数分析 |
| 4.1.3.1 系统空间分辨率分析 |
| 4.1.3.2 系统波长分辨率分析 |
| 4.2 系统波动性分析 |
| 4.2.1 未去噪数据波动性分析 |
| 4.2.2 卡尔曼滤波算法去噪 |
| 4.2.2.1 卡尔曼滤波算法原理 |
| 4.2.2.2 卡尔曼滤波算法去噪 |
| 4.3 单波长-双脉冲PC-FBG传感系统实验验证 |
| 4.3.1 实验系统图 |
| 4.3.2 实验测量结果 |
| 4.3.2.1 系统空间分辨率分析 |
| 4.3.2.2 双脉冲PC-FBG系统波动性分析 |
| 4.3.2.3 系统波长分辨率分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻硕期间取得的研究成果 |
（5）Lidar控制与数据采集系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 激光雷达的发展 |
| 1.1.1 激光雷达的定义与用途 |
| 1.1.2 激光雷达国外研究现状 |
| 1.1.3 激光雷达国内研究现状 |
| 1.2 激光雷达探测原理 |
| 1.2.1 光的Doppler效应 |
| 1.2.2 直接探测方式 |
| 1.2.3 相干探测方式 |
| 1.3 激光雷达数据采集系统 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 激光雷达控制与采集系统需求分析 |
| 2.1 355nm探测器及数据采集系统设计需求 |
| 2.1.1 355nm探测器系统需求 |
| 2.1.2 355nm数据采集系统 |
| 2.2 2μm探测器及数据采集系统设计需求 |
| 2.2.1 2μm探测器系统 |
| 2.2.2 2μm数据采集系统 |
| 2.3 激光雷达控制与采集系统总体设计方案 |
| 2.3.1 355nm探测器系统总体设计方案 |
| 2.3.2 2μm平衡探测器系统总体设计方案 |
| 2.4 激光雷达控制与采集系统设计方案总结 |
| 第3章 激光雷达控制与采集系统分系统设计 |
| 3.1 355nm多通道探测器及数据采集系统设计 |
| 3.1.1 PMT分压电路的设计与实现 |
| 3.1.2 模拟采样通道 |
| 3.1.3 光子计数通道 |
| 3.1.4 数据采集系统 |
| 3.2 2μm平衡探测器及数据采集系统设计 |
| 3.2.1 平衡探测器 |
| 3.2.2 数据采集系统 |
| 3.3 激光雷达控制与采集系统电源设计 |
| 3.4 数据采集软件设计 |
| 第4章 系统测试及分析 |
| 4.1 355nm多通道探测器及数据采集系统测试 |
| 4.1.1 MOS管门控电路测试 |
| 4.1.2 PMT分压电路测试 |
| 4.1.3 光电倍增管工作高压的测试 |
| 4.1.4 DAC的线性度测试 |
| 4.1.5 光功率的标定实验 |
| 4.1.6 模拟采样通道的性能测试 |
| 4.1.7 信号采集系统测试 |
| 4.2 2μm平衡探测器及数据采集系统测试 |
| 4.2.1 DAC的线性度测试 |
| 4.2.2 平衡探测器的性能测试 |
| 4.2.3 数据采集系统ADC有效位测试 |
| 4.3 测试结果分析与评价 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（6）光子计数光时域反射仪关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 光时域反射技术 |
| 1.1.2 光时域反射测量的性能指标 |
| 1.1.3 光子计数光时域反射技术 |
| 1.2 国内外研究情况及发展趋势 |
| 1.3 本论文的选题背景及主要内容 |
| 1.3.1 本论文的选题背景 |
| 1.3.2 本论文的主要内容 |
| 第二章 光子计数光时域反射仪理论基础 |
| 2.1 光子计数光时域反射仪核心技术 |
| 2.2 光子计数光时域反射仪核心器件 |
| 2.2.1 激光器 |
| 2.2.2 单光子探测器 |
| 2.3 光子计数光时域反射仪模型与仿真 |
| 2.3.1 后向传输模型 |
| 2.3.2 单光子探测模型 |
| 2.3.3 蒙特卡洛仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于外时间门控的高动态范围光子计数光时域反射仪 |
| 3.1 外时间门控光子计数光时域反射仪的工作原理 |
| 3.1.1 基本原理与操作 |
| 3.1.2 理论模型 |
| 3.2 外时间门控光子计数光时域反射仪的实验验证 |
| 3.2.1 外时间门控方案 |
| 3.2.2 实验结构 |
| 3.2.3 实验结果与讨论 |
| 3.2.4 与内门控技术比对 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于无限散射的色散无关光子计数光时域反射仪 |
| 4.1 无限散射技术 |
| 4.2 无限散射光子计数光时域反射仪系统设计 |
| 4.2.1 基本结构 |
| 4.2.2 性能评估 |
| 4.3 无限散射光子计数光时域反射仪的实验验证 |
| 4.3.1 实验结构 |
| 4.3.2 实验结果与讨论 |
| 4.4 融合外时间门控的无限散射光子计数光时域反射仪 |
| 4.4.1 理论分析 |
| 4.4.2 实验结构 |
| 4.4.3 实验结果与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 光子计数光时域反射仪在航空光缆检测中应用 |
| 5.1 多通道光子计数光时域反射仪的系统设计 |
| 5.1.1 需求分析 |
| 5.1.2 总体方案 |
| 5.2 基于增益开关技术的窄脉冲产生方法研究 |
| 5.2.1 皮秒脉冲激光器的实现 |
| 5.2.2 调制信号的改进方案 |
| 5.3 基于小波包分析和支持向量机的事件识别算法研究 |
| 5.3.1 算法简介 |
| 5.3.2 基小波的确定 |
| 5.3.3 事件识别流程 |
| 5.4 多通道光子计数光时域反射仪的性能测试 |
| 5.4.1 动态范围 |
| 5.4.2 空间分辨率 |
| 5.4.3 弯曲损耗 |
| 5.4.4 事件识别率 |
| 5.4.5 校准结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（7）基于光纤背向散射的高空间分辨率分布式光纤传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究目的及意义 |
| 1.2 光纤传感技术概述 |
| 1.2.1 单点式光纤传感器 |
| 1.2.2 阵列式光纤传感器 |
| 1.2.3 分布式光纤传感器 |
| 1.3 分布式光纤传感技术的研究现状 |
| 1.3.1 基于瑞利散射的传感系统 |
| 1.3.2 基于布里渊散射的传感系统 |
| 1.3.3 基于拉曼散射的传感系统 |
| 1.4 本论文主要内容和结构安排 |
| 第二章 光纤中的瑞利和布里渊散射及其传感机理 |
| 2.1 光纤中的瑞利散射以及OFDR的工作原理 |
| 2.1.1 光纤中的瑞利散射 |
| 2.1.2 OFDR工作原理 |
| 2.1.3 OFDR中的相位噪声 |
| 2.1.4 基于OFDR的分布式温度/应变传感技术 |
| 2.2 光纤中的布里渊散射及其传感机理 |
| 2.2.1 自发布里渊散射(SpBS) |
| 2.2.2 受激布里渊散射(SBS) |
| 2.2.3 基于布里渊散射效应的传感机理 |
| 2.3 布里渊光相关域分析仪(BOCDA)的工作原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于频率啁啾放大和相位噪声补偿的OFDR系统 |
| 3.1 基于频率啁啾放大的高性能扫频光源 |
| 3.1.1 两种光扫频的实现方法 |
| 3.1.2 高阶边带调制技术 |
| 3.1.3 注入锁定技术消除边带混叠 |
| 3.1.4 基于四波混频效应的频率啁啾放大技术 |
| 3.1.5 大范围高线性度扫频光源的性能分析 |
| 3.2 OFDR系统中的相位噪声补偿 |
| 3.2.1 附加干涉仪法 |
| 3.2.2 光纤延迟环路法 |
| 3.2.3 快速扫频法 |
| 3.3 长距离高空间分辨率OFDR的实现及其应用 |
| 3.3.1 面向光纤网络健康监测的OFDR系统 |
| 3.3.2 基于OFDR的分布式温度/应变传感系统 |
| 3.4 基于高性能扫频光源的光谱测量系统 |
| 3.4.1 扫频光谱测量系统的工作原理 |
| 3.4.2 扫频光谱测量系统的实验框图及测量结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于BOCDA的高性能分布式温度/应变传感系统 |
| 4.1 频率啁啾放大技术在光相关域反射仪(OCDR)中的应用 |
| 4.1.1 OCDR工作原理 |
| 4.1.2 基于频率啁啾放大的OCDR系统 |
| 4.2 频率啁啾放大技术在BOCDA中的应用 |
| 4.2.1 基于频率啁啾放大的BOCDA系统 |
| 4.2.2 基于频率啁啾放大和相位差分探测的BOCDA系统 |
| 4.3 基于凸度提取算法的BOCDA系统 |
| 4.3.1 凸度提取算法仿真分析 |
| 4.3.2 凸度提取算法实验验证 |
| 4.3.3 凸度提取算法在动态BOCDA系统中的应用 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 动态BOCDA系统 |
| 5.1 基于注入锁定技术的动态BOCDA系统 |
| 5.1.1 BOCDA系统测量速度的限制因素 |
| 5.1.2 基于注入锁定技术的动态BOCDA系统 |
| 5.1.3 动态BOCDA系统测量结果 |
| 5.2 单端动态BOCDA系统 |
| 5.2.1 单端动态BOCDA系统的工作原理 |
| 5.2.2 单端动态BOCDA系统测量准确度分析 |
| 5.2.3 基于单端BOCDA系统的动态应变测量 |
| 5.2.4 动态BOCDA系统测量速度的限制因素 |
| 5.3 双斜率辅助BOCDA(DSA-BOCDA)系统 |
| 5.3.1 DSA-BOCDA系统工作原理 |
| 5.3.2 DSA-BOCDA系统实验结果 |
| 5.3.3 DSA-BOCDA系统限制因素的讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 附录 高性能微波光子传感系统研究 |
| S.1 高性能阵列式线性啁啾光栅(LCFBG)传感系统 |
| S.1.1 LCFBG传感系统的工作原理 |
| S.1.2 LCFBG传感系统的测量结果 |
| S.2 基于微波相移测量的高性能扭曲传感器 |
| S.2.1 高性能光纤扭曲传感器的工作原理 |
| S.2.2 高性能光纤扭曲传感器的测量结果 |
| S.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间科研成果 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
（8）1.5μm单光子探测器在激光遥感中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 1.5μm激光遥感 |
| 1.1.1 激光雷达的应用方向 |
| 1.1.2 星载大气探测激光雷达的发展 |
| 1.1.3 1.5μm激光雷达的优势 |
| 1.1.4 1.5μm激光雷达的发展 |
| 1.2 1.5μm单光子探测器的发展 |
| 1.2.1 单光子探测器介绍 |
| 1.2.2 1.5μm单光子探测的发展 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 能见度激光雷达 |
| 2.1 大气能见度探测的意义和手段 |
| 2.1.1 大气能见度探测的定义 |
| 2.1.2 大气能见度探测的意义 |
| 2.1.3 能见度探测的手段 |
| 2.2 大气能见度反演算法 |
| 2.2.1 大气消光系数反演算法 |
| 2.2.2 1.5μm能见度反演算法 |
| 2.3 基于上转换单光子探测器的1.5μm气溶胶激光雷达 |
| 2.3.1 系统结构 |
| 2.3.2 核心器件 |
| 2.3.3 外场实验 |
| 2.4 InGaAs/InP单光子探测器在激光雷达中的应用 |
| 2.4.1 基于InGaAs/InP单光子探测器的1.5μm气溶胶激光雷达 |
| 2.4.2 InGaAs/Inp单光子探测器的优化 |
| 2.4.3 后脉冲和计数率修正算法 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 测风激光雷达 |
| 3.1 风速探测的意义和发展 |
| 3.1.1 大气风场探测的意义 |
| 3.1.2 各类测风设备 |
| 3.1.3 相干测风激光雷达综述 |
| 3.1.4 直接探测测风激光雷达综述 |
| 3.1.5 相干测风激光雷达和直接测风激光雷达的比较 |
| 3.2 基于上转换单光子探测器的高光谱分辨测风激光雷达 |
| 3.2.1 高光谱分辨测风原理 |
| 3.2.2 系统结构 |
| 3.2.3 核心器件 |
| 3.2.4 外场实验 |
| 3.3 基于上转换单光子探测器的双边缘测风激光雷达 |
| 3.3.1 单FPI的透射和反射双边缘测风原理 |
| 3.3.2 系统结构 |
| 3.3.3 激光雷达工作时序 |
| 3.3.4 核心器件 |
| 3.3.7 外场实验 |
| 3.4 基于超导纳米线单光子探测器的双频测风激光雷达 |
| 3.4.1 双频直接探测测风原理 |
| 3.4.2 系统结构 |
| 3.4.3 核心器件 |
| 3.4.4 外场实验 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 基于上转换单光子探测器的BOTDR |
| 4.1 分布式光纤传感的意义和发展 |
| 4.1.1 分布式光纤传感的意义 |
| 4.1.2 分布式光纤传感的发展 |
| 4.2 基于高光谱分辨技术的BOTDR |
| 4.2.1 测量原理 |
| 4.2.2 系统结构 |
| 4.2.3 实验 |
| 4.3 基于双边缘技术的高速应力传感BOTDR |
| 4.3.1 测量原理 |
| 4.3.2 系统结构 |
| 4.3.3 实验 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）基于布里渊和瑞利散射的增敏型分布式光纤传感系统（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 分布式光纤传感技术概述 |
| 1.2 分布式光纤传感技术研究进展 |
| 1.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术 |
| 1.2.2 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术 |
| 1.3 本文的研究背景与主要内容 |
| 1.3.1 本论文的研究背景 |
| 1.3.2 本论文的主要工作 |
| 第二章 基于瑞利散射和布里渊散射的光纤传感基本原理 |
| 2.1 光纤中的瑞利散射及其相关传感系统 |
| 2.1.1 瑞利散射的特点 |
| 2.1.2 光时域反射计(OTDR) |
| 2.2 光纤中的布里渊散射及其相关传感系统 |
| 2.2.1 自发布里渊散射的物理机制 |
| 2.2.2 基于布里渊散射光的传感机理 |
| 2.2.3 直接探测型布里渊散射光时域反射计(BOTDR) |
| 2.3 相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的传感原理 |
| 2.3.1 相干衰弱现象 |
| 2.3.2 Φ-OTDR理论模型 |
| 2.3.3 Φ-OTDR传感系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于单光子探测技术的BOTDR温度传感系统 |
| 3.1 基于单光子探测技术的OTDR系统(v-OTDR) |
| 3.1.1 用InGaAs/InP APD的单光子探测器 |
| 3.1.2 时间相关光子计数技术 |
| 3.1.3 v-OTDR系统的性能 |
| 3.2 基于RASR技术的温度传感系统原理 |
| 3.2.1 RASR温度测试原理 |
| 3.2.2 温度测试误差分析 |
| 3.3 基于单光子探测技术的BOTDR温度传感器的实验研究 |
| 3.3.1 实验中使用的单光子探测器 |
| 3.3.2 实验系统与实验过程 |
| 3.3.3 实验结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 结合Φ-OTDR与光纤光栅的多参量传感系统 |
| 4.1 光纤光栅传感原理 |
| 4.1.1 光纤光栅耦合理论 |
| 4.1.2 光纤光栅传感机理 |
| 4.1.3 光纤光栅解调技术 |
| 4.2 光纤光栅对的设计 |
| 4.2.1 光纤光栅对温度传感原理 |
| 4.2.2 光纤光栅对的引入对传感系统性能的影响 |
| 4.3 结合Φ-OTDR与光纤光栅的多参量传感系统实验研究 |
| 4.3.1 光纤光栅对的选择与性能测试 |
| 4.3.2 实验系统与过程 |
| 4.3.3 实验结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结合Φ-OTDR与马赫-泽德干涉仪的单端宽谱振动传感系统 |
| 5.1 全光纤分布式马赫-泽德干涉仪原理与关键技术 |
| 5.1.1 马赫-泽德干涉仪振动测试原理 |
| 5.1.2 马赫-泽德干涉仪的主要信号解调方式 |
| 5.1.3 分布式马赫-泽德干涉仪振动传感定位技术 |
| 5.2 结合Φ-OTDR与MZI的单端宽谱振动传感系统实验研究 |
| 5.2.1 实验系统与过程 |
| 5.2.2 信号处理方式 |
| 5.2.3 实验结果与讨论 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 本文的创新性工作 |
| 6.3 展望 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 参考文献 |
（10）分布式光纤温度测量及数据处理技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 概论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状分析 |
| 1.3.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感系统 |
| 1.3.2 基于布里渊散射的分布式光纤传感系统 |
| 1.3.3 基于拉曼散射的分布式光纤传感系统 |
| 1.3.4 分布式光纤传感系统的信号处理技术 |
| 1.3.5 分布式光纤传感系统研究现状 |
| 1.3.6 分布式光纤温度传感应用研究 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 1.4.1 课题来源 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 第2章 分布式光纤温度传感基本理论 |
| 2.1 光纤基本概念 |
| 2.2 激光在光纤中的传播 |
| 2.3 光纤的损耗特性 |
| 2.3.1 吸收损耗 |
| 2.3.2 散射损耗 |
| 2.4 光纤的色散特性 |
| 2.4.1 模色散 |
| 2.4.2 材料色散 |
| 2.4.3 波导色散 |
| 2.5 自发拉曼散射 |
| 2.5.1 拉曼散射的经典光电(学)分子模型 |
| 2.5.2 拉曼散射的量子力学模型 |
| 2.5.3 拉曼散射的量子力学分析 |
| 2.5.4 转、振动拉曼散射谱分析 |
| 2.5.5 玻璃基体中的拉曼散射 |
| 2.6 受激拉曼散射 |
| 2.7 布里渊散射 |
| 2.8 光时域反射原理 |
| 2.9 光纤拉曼背向散射的温度效应 |
| 本章小结 |
| 第3章 皮带传输线分布式光纤温度测量系统 |
| 3.1 皮带传输线温度测量 |
| 3.2 皮带传输线分布式光纤温度测量的实现 |
| 3.3 系统组成及技术指标 |
| 3.4 光发射机 |
| 3.4.1 激光器设计 |
| 3.4.2 激光器波长选择 |
| 3.4.3 激光器功率分析 |
| 3.4.4 半导体激光器驱动电路分析 |
| 3.5 光探测器和接受器 |
| 3.5.1 光电探测器的性能 |
| 3.5.2 光探测器分析 |
| 3.5.3 APD噪声信号分析 |
| 3.5.4 放大电路噪声分析 |
| 3.6 系统定标 |
| 3.6.1 定标区的位置 |
| 3.6.2 温度标定 |
| 3.7 测量系统技术指标分析 |
| 3.7.1 系统性能参数 |
| 3.7.2 空间分辨率 |
| 3.7.3 测温精度 |
| 3.7.4 测量时间 |
| 3.7.5 传感光纤长度 |
| 3.7.6 技术指标关联性实验分析 |
| 本章小结 |
| 第4章 分布式光纤温度传感关键技术研究 |
| 4.1 数据处理技术概述 |
| 4.2 信号处理分析 |
| 4.2.1 取样积分 |
| 4.2.2 分布式光纤测量中的数字式平均技术 |
| 4.2.3 分布式光纤测量中数字式平均的信噪比改善 |
| 4.2.4 数字式平均算法 |
| 4.2.5 基于小波分解的检测方法 |
| 4.2.6 基于混沌系统的微弱信号检测 |
| 4.3 基于相关检测的分布式信号处理 |
| 4.3.1 测量分析 |
| 4.3.2 运算误差分析 |
| 4.4 上位机管理实现 |
| 4.4.1 信号处理模块 |
| 4.4.2 数据的存储、管理 |
| 4.4.3 温度显示输出 |
| 4.4.4 报警模块 |
| 4.4.5 主程序框图 |
| 本章小结 |
| 第5章 实现高精度测量的信号处理技术 |
| 5.1 多点采样处理方法 |
| 5.1.1 模拟多点信号平均器 |
| 5.1.2 分布式测量数字多点信号平均器 |
| 5.2 Sigma Delta调制器实现A／D转换 |
| 5.3 Sigma Delta调制器原理 |
| 5.4 Sigma Delta调制器实现分析 |
| 5.5 Sigma Delta调制器算法分析 |
| 5.5.1 输入模拟信号为直流 |
| 5.5.2 输入信号为交流 |
| 5.5.3 分组量化编码 |
| 5.5.4 对输出码流小值计算 |
| 5.6 误差分析 |
| 5.6.1 基于数字抽取滤波器的特性分析 |
| 5.6.2 直接计算的特性分析 |
| 5.6.3 计算分析 |
| 5.6.4 量化信噪比分析 |
| 5.7 Sigma Delta调制器电路设计 |
| 本章小结 |
| 第6章 测试实验与结果分析 |
| 6.1 测量的原始数据曲线分析(未加修正) |
| 6.2 解调的温度曲线 |
| 6.3 现场测试 |
| 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间公开发表的论文与着作 |
| 致谢 |
四、光子计数分布式光纤动态检测技术的研究（论文参考文献）
- [1]基于宽带布尔混沌的光纤故障特性检测[D]. 王洋. 太原理工大学, 2021(01)
- [2]面向管道渗漏检测的分布式光纤传感系统设计与研究[D]. 许扬. 太原理工大学, 2021
- [3]高速量子密钥分发中的光源和数据采集系统研究[D]. 闵浩. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]基于光子探测技术的高分辨率光纤光栅传感系统研究[D]. 张婧蕾. 电子科技大学, 2021(01)
- [5]Lidar控制与数据采集系统研究[D]. 王睿. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]光子计数光时域反射仪关键技术研究[D]. 李斌. 电子科技大学, 2020(07)
- [7]基于光纤背向散射的高空间分辨率分布式光纤传感技术研究[D]. 王彬. 上海交通大学, 2020(01)
- [8]1.5μm单光子探测器在激光遥感中的应用[D]. 上官明佳. 中国科学技术大学, 2017(02)
- [9]基于布里渊和瑞利散射的增敏型分布式光纤传感系统[D]. 夏岚. 南京大学, 2016(10)
- [10]分布式光纤温度测量及数据处理技术研究[D]. 曹立军. 合肥工业大学, 2006(04)