取样积分与光子计数在OTDR中的技术研究

摘要

取样积分是一种专门恢复被噪声覆盖的微弱信号波形的技术。它是将周期性或可重复信号经过多次取样积累后，使其信噪比有所提高，积分次数越多，信噪比改善越好。但是积分到了一定数量后，其信噪比改善效果已经不大，而且所花费时间大大延长。光子计数是一种极微弱光探测的方法，它是利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别技术和数字计数技术，它和模拟检测技术相比具有稳定性高、信噪比好等优点。 本文以OTDR为课题实验平台，在对其关键环节理论进行简要探讨的基础上，设计和实现了软硬件部分，硬件部分包括：LD驱动电路、APD偏压控制电路、高压电源电路、放大电路以及数据采集卡的选定，给出了关键参数、波形图。对虚拟仪器进行了概述，运用LabVIEW软件，编制程序，实现了数字BOXCAR积分器、光子计数器功能，满足课题设计要求。 本文最后对数字BOXCAR积分器和光子计数器进行实验比较，从积分次数变化对信噪比的影响、温度变化对数据采集的影响、采集数据的离散性、定位精度等方面，得出光子计数技术在这些方面相对取样积分技术较优越的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的背景

1.1.1取样积分技术

1.1.2光子计数技术

1.1.3 OTDR技术

1.2课题的意义

1.3本文的主要内容

2课题关键技术概述

2.1课题总体设计

2.2取样积分

2.2.1引言

2.2.2基本原理

2.2.3时域平均的频域描述

2.3光子计数

2.3.1引言

2.3.2基本原理

2.3.3本课题光子计数模式

2.4 OTDR简介

2.4.1 OTDR的原理

2.4.2 OTDR的重要概念

2.5 LD概述

2.5.1引言

2.5.2 LD发光机理

2.5.3 LD特性简介

2.6 APD概述

2.6.1引言

2.6.2 APD原理

2.6.3 APD重要特性

2.7高压电源

2.7.1引言

2.7.2反激式DC-DC变换器

2.7.3电流型PWM控制模式

2.8放大器

2.9数据采集卡

2.9.1引言

2.9.2主要技术指标

2.9.3采集同步方式

2.10软件平台概述

2.10.1引言

2.10.2虚拟仪器

2.10.3 LabVIEW

2.11本章小结

3课题硬件部分设计

3.1 LD驱动电路

3.1.1引言

3.1.2一般的LD驱动电路形式

3.1.3课题用LD电路设计

3.2 APD偏压控制电路

3.2.1引言

3.2.2课题用APD性能参数

3.2.3 ADL5317简介

3.2.4核心电路

3.2.5电路性能

3.3高压电源电路

3.3.1电流型控制芯片UCC3802简介

3.3.2反激式开关电源设计

3.3.3电路关键波形图

3.4放大电路

3.4.1 NE592简介

3.4.2电路图及性能

3.5数据采集卡AC6684

3.5.1性能简介

3.5.2工作原理说明

3.6本章小结

4课题软件部分设计

4.1在LabVIEW中调用动态链接库

4.1.1引言

4.1.2动态链接库概述

4.1.3在LabVIEW中调用ac6684.dll

4.2数字BOXCAR积分器设计

4.2.1设计思想与流程框图

4.2.2实际程序

4.3光子计数器设计

4.3.1设计思想与流程框图

4.3.2实际程序

4.4本章小结

5实验结果比较

5.1温度变化对数据采集的影响

5.2积分次数变化时信噪比的比较

5.3数据离散性、定位精度比较

5.4本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致 谢

参考文献

附 录