本文選題：超導(dǎo)納米線單光子探測器 + 實時監(jiān)控��； 參考：《蘭州理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：作為一種高靈敏度的新式單光子探測器,超導(dǎo)納米線單光子探測器(Superconducting Nanowire Single-photon Detector,SNSPD)在近紅外波段的探測性能明顯優(yōu)于其他類型的單光子探測器。因此,對于SNSPD的基礎(chǔ)理論研究與實際應(yīng)用研發(fā)成為了單光子探測技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。目前,全世界擁有SNSPD獨立研發(fā)能力的科研團隊不到10個,并且專注于SNSPD芯片的研制與改良,雖然取得了巨大進展,但仍存在很多關(guān)鍵性的問題亟待解決。例如,科研人員在SNSPD使用過程中經(jīng)常會因設(shè)備手動操作流程復(fù)雜以及相關(guān)知識匱乏引發(fā)大量誤操作,降低了SNSPD的工作效率。為了減少SNSPD使用過程中因操作流程復(fù)雜引發(fā)的誤操作,本文研究并開發(fā)了一種操作簡單、自動化程度高、實時信息顯示全面、故障預(yù)警及時的超導(dǎo)納米線單光子探測器監(jiān)控系統(tǒng),主要研究工作如下:1)SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺搭建。首先,對SNSPD手動操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及操作流程進行了簡單介紹,并分析了手動操作系統(tǒng)存在的不足;其次,對SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)進行了詳盡的需求分析,并對監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵性設(shè)備進行合理選型;最后,設(shè)計了監(jiān)控系統(tǒng)的供電方案與通訊方案,搭建了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺。2)SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)。首先,根據(jù)需求分析,對監(jiān)控系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)的功能進行歸納總結(jié),并對軟件進行模塊劃分,以圖形化的方式生動地闡述了軟件各個模塊之間的交互過程,以及軟件與硬件之間的接口關(guān)系;其次,以系統(tǒng)中的設(shè)備為硬件依托、Visual Studio 2012為開發(fā)環(huán)境、C#為主要開發(fā)語言、SQL Sever 2012為本地數(shù)據(jù)庫進行軟件的具體開發(fā)與實現(xiàn),最終研發(fā)出一套集設(shè)備控制功能、數(shù)據(jù)實時顯示功能、故障預(yù)警功能于一身的SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)。其中,故障預(yù)警功能是基于時間序列自回歸移動平均(Auto-Regressive and Moving Average,ARMA)數(shù)據(jù)預(yù)測模型實現(xiàn)的。3)SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)測試。為了更好地檢測SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)的性能,對系統(tǒng)進行了功能性測試與非功能性測試,并對測試過程與測試結(jié)果進行了詳細闡述。其中,功能性測試包括系統(tǒng)各個模塊功能的運行測試;非功能性測試包括系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性測試、系統(tǒng)響應(yīng)時間測試及系統(tǒng)安全性測試。本文研究并開發(fā)的超導(dǎo)納米線單光子探測器監(jiān)控系統(tǒng)通過了實驗室嚴格測試,并已在南京大學超導(dǎo)電子學研究所、中電集團第34研究所以及中科院云南天文臺等科研單位進行了實際應(yīng)用,運行效果良好,滿足了設(shè)計要求,大大提升了超導(dǎo)納米線單光子探測器的工作效率。
[Abstract]:As a new type of single photon detector with high sensitivity, Superconducting Nanowire Single-photon detector SNSPD is superior to other kinds of single photon detectors in the near infrared band.Therefore, the research on the basic theory and practical application of SNSPD has become a hot spot in the field of single photon detection technology.At present, there are less than 10 research teams with independent R & D capability of SNSPD all over the world, and they focus on the development and improvement of SNSPD chips. Although great progress has been made, there are still many key problems to be solved.For example, during the use of SNSPD, researchers often cause a large number of misoperations due to the complexity of the manual operation process of equipment and the lack of relevant knowledge, which reduces the efficiency of SNSPD.In order to reduce the misoperation caused by complicated operation process in SNSPD, this paper studies and develops a kind of simple operation, high automatization and comprehensive display of real-time information.The monitoring system of superconducting nanowire single photon detector with timely fault warning is mainly studied as follows: 1 / 1 SNSPD monitoring system hardware platform.Firstly, the structure, working principle and operation flow of SNSPD manual operating system are briefly introduced, and the shortcomings of manual operating system are analyzed. Secondly, the requirements of SNSPD monitoring system are analyzed in detail.The key equipment in the monitoring system is selected reasonably. Finally, the power supply scheme and communication scheme of the monitoring system are designed, and the hardware platform of the monitoring system. 2. SNSPD monitoring system software design and implementation.First of all, according to the requirement analysis, the functions of the monitoring system software are summarized, and the software modules are divided, and the interactive process between the various modules of the software is described vividly in a graphic way.And the interface relationship between software and hardware. Secondly, based on Visual Studio 2012 as the development environment, SQL Sever 2012 is used as the main development language to develop and implement the software.Finally, a set of SNSPD monitoring system with equipment control function, real-time data display function and fault warning function is developed.Among them, the fault warning function is based on the time series Auto-Regressive and Moving average ARMA-based data prediction model.In order to better test the performance of SNSPD monitoring system, functional and non-functional tests are carried out, and the test process and test results are described in detail.Functional test includes running test of each module function, non-functional test includes system stability and reliability test, system response time test and system security test.The superconducting nanowire single-photon detector monitoring system developed in this paper has passed the strict test in the laboratory and has been carried out at the Institute of Superconducting Electronics of Nanjing University.The research institutes such as the 34th Research Institute of China Electric Power Group and Yunnan Observatory of the Chinese Academy of Sciences have carried out practical applications. The operation results are good, which meet the design requirements and greatly improve the working efficiency of the superconducting nanowire single-photon detectors.
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN15;TP277

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本文編號：1749660