基于Raman散射分布式光纤测温系统中APD器件的温漂研究

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。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

1 绪论

1.1 引言

1.2 分布式光纤测温技术的特点

1.3 分布式光纤测温系统概述

1.4 光电转换器件概述

1.5 论文的内容安排与主要工作

2 Raman散射分布式光纤测温系统的构建

2.1 系统结构

2.2 激光器驱动电路的设计

2.3 半导体激光器

2.4 波分复用器特性

2.5 光电转换器APD

2.6 放大电路设计

2.7 信号采集处理部分

2.8 系统分辨率分析

2.9 本章小结

3 APD基本工作原理及特性

3.1 APD基本工作原理

3.2 APD雪崩二极管噪声的分析

3.3 APD雪崩增益分析

3.4 本章小结

4 APD温漂实验研究

4.1 实验系统组成及参数

4.2 实验目的和方案

4.3 实验结果

4.4 实验分析

4.5 本章小结

5 APD温度控制系统的改进设计

5.1 APD温度控制系统的组成

5.2 温度制冷片

5.3 温控电路设计

5.4 恒温装置的设计

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历