基于单光子检测技术的宽动态范围高分辨率全光纤浊度测量系统

摘要： 已开发出一种高分辨率光纤检测系统，用于测量浊度的宽动态范围。为获得高分辨率测量结果，该系统采用了高灵敏度单光子探测技术（SPDT）。基于光纤特性，设计了一种紧凑的光纤集成收发探头（FITP）结构，用于传输和收集光信号，具备在狭窄工作空间内检测浊度的能力。通过将比尔-朗伯（B-L）定律传输定律与单光子计数理论相结合，提出了一种新型浊度测量理论模型，该模型在0.01至1000 NTU（散射浊度单位）的整个测量范围内呈现出良好的指数关系。然而，在检测0.01–0.1 NTU低浊度时，实验结果呈现近似线性关系，与所提理论模型高度吻合。最后还讨论了关于光强优化的若干问题及构建户外实用分布式多点水质浊度远程监测系统需注意的事项。研究发现，该系统可实现高达50 dB的测量动态范围，在0.01–1000 NTU范围内分辨率优于0.01 NTU，适用于偏远狭窄工作空间中的特定浊度测量场景。