📄Работа №11014
Тема: Разработка оптоволоконного датчика малых перемещений
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Метрология
Объем:
174 листов
Год:
2016
Просмотров:
583
5900
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 14
1 Методы измерения малых длин 16
1.1 Длина как физическая величина 16
1.2 Виды датчиков 17
1.3 Интерферометр Фабри-Перо 21
2 Компоненты оптоволоконного датчика 30
2.1 Источники оптического излучения 30
2.1.2 Светодиоды (СИД) 31
2.1.1 Лазерные диоды (ЛД) 36
2.2 Оптическое волокно 41
2.2.1 Волоконно-оптические разветвители 47
2.2.2 Оптические соединители, типы разъемов (коннекторов) 50
2.2.3 Типы полировки 57
2.2.4 Потери, ослабление сигнала в оптическом волокне 59
2.2.5 Дисперсия 63
2.3 Приемники оптического излучения 72
2.3.1 PN-фотодиоды 73
2.3.2 PIN-фотодиоды 77
2.3.3 Лавинные фотодиоды (ЛФД) 78
3 Структурная схема датчика малых перемещений 82
3.1 Первоначальная схема датчика и ее анализ 82
3.2 Метод эталонирования 96
3.3 Компоненты устройства. Наладка и испытание опытного образца 98
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 117
5 Социальная ответственность 131
Заключение 145
Список публикаций 147
Список использованных источников 148
Приложение А. Раздел, выполненный на иностранном языке 151
1 Методы измерения малых длин 16
1.1 Длина как физическая величина 16
1.2 Виды датчиков 17
1.3 Интерферометр Фабри-Перо 21
2 Компоненты оптоволоконного датчика 30
2.1 Источники оптического излучения 30
2.1.2 Светодиоды (СИД) 31
2.1.1 Лазерные диоды (ЛД) 36
2.2 Оптическое волокно 41
2.2.1 Волоконно-оптические разветвители 47
2.2.2 Оптические соединители, типы разъемов (коннекторов) 50
2.2.3 Типы полировки 57
2.2.4 Потери, ослабление сигнала в оптическом волокне 59
2.2.5 Дисперсия 63
2.3 Приемники оптического излучения 72
2.3.1 PN-фотодиоды 73
2.3.2 PIN-фотодиоды 77
2.3.3 Лавинные фотодиоды (ЛФД) 78
3 Структурная схема датчика малых перемещений 82
3.1 Первоначальная схема датчика и ее анализ 82
3.2 Метод эталонирования 96
3.3 Компоненты устройства. Наладка и испытание опытного образца 98
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 117
5 Социальная ответственность 131
Заключение 145
Список публикаций 147
Список использованных источников 148
Приложение А. Раздел, выполненный на иностранном языке 151
📖 Введение
Автоматизация производства, повышение требований к качеству выпускаемой продукции, применение автоматизированных систем управления - все это предъявляет достаточно высокие требования к контрольно-измерительным средствам.
Измерение малых линейных перемещений является одной из важнейших задач экспериментальных исследований в различных областях науки и техники. Их контроль является важным элементом правильного функционирования большого числа разнообразных машин, станков. Областью применения данного вида измерений являются контроль деформации, точность механической обработки, контроль деталей с малой поверхностной прочностью, точное позиционирование. В то же время такие величины, как сила, давление, ускорение, температура измеряются с помощью их преобразования в малые перемещения, которые они вызывают в образцах.
Для измерения малых длин (от 1,5 до 100 мкм) существует большое количество методов, основанных на различных физических принципах, например, емкостные, индуктивные, вихретоковые и другие. Однако у данных методов есть существенный недостаток - все они подвержены воздействию электромагнитных помех. Хорошей альтернативой являются оптические методы измерения малых перемещений. Однако применение классических оптических методов затрудняет их сложность и дороговизна.
С появлением оптических кабельных систем связи и лазерных технологий появилась возможность создавать измерительные системы, основанные на применении оптоволокна, фотодетекторов и цифровых технологий. Волоконно-оптические датчики имеют следующие преимущества:
- нечувствительность к внешним электромагнитным полям;
- практически отсутствие перекрестных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель;
- малая масса и габаритные размеры;
- полная электрическая изоляция между входом и выходом системы связи;
- отсутствие коротких замыканий.
Целью данной работы является создание опытного образца, реализующего измерение малых длин на базе волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо и изучение его характеристик.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
- определение структурной схемы устройства;
- выбор источника и приемника оптического излучения, среды распространения света (оптоволокна);
- выбор схемы фотодетектора;
- конструирование образца устройства;
- наладка и испытание образца устройства.
Первая глава данной работы раскрывает понятие длины как физической величины, определяет понятие малых длин, а также описывает преимущества волоконно-оптических датчиков и поясняет принцип действия интерферометра Фабри-Перо.
Вторая глава посвящена описанию компонентов системы, таких как источники оптического излучения, приемники и собственно оптоволокно.
В третьей главе осуществляется составление структурной схемы устройства, ее описание, выбор компонентов устройства и схемы фотодетектора, а также анализ полученных результатов испытаний опытного образца.
Четвертая глава дает технико-экономическое обоснование работы с целью определения и анализа трудовых и денежных затрат, направленных на реализацию проекта.
В пятой главе рассматривается описание рабочей зоны предназначенной для выполнения ВКР: требования к организации рабочих мест, возможным выбросам, а также правовые вопросы обеспечения охраны труда и пожарной безопасности.
Измерение малых линейных перемещений является одной из важнейших задач экспериментальных исследований в различных областях науки и техники. Их контроль является важным элементом правильного функционирования большого числа разнообразных машин, станков. Областью применения данного вида измерений являются контроль деформации, точность механической обработки, контроль деталей с малой поверхностной прочностью, точное позиционирование. В то же время такие величины, как сила, давление, ускорение, температура измеряются с помощью их преобразования в малые перемещения, которые они вызывают в образцах.
Для измерения малых длин (от 1,5 до 100 мкм) существует большое количество методов, основанных на различных физических принципах, например, емкостные, индуктивные, вихретоковые и другие. Однако у данных методов есть существенный недостаток - все они подвержены воздействию электромагнитных помех. Хорошей альтернативой являются оптические методы измерения малых перемещений. Однако применение классических оптических методов затрудняет их сложность и дороговизна.
С появлением оптических кабельных систем связи и лазерных технологий появилась возможность создавать измерительные системы, основанные на применении оптоволокна, фотодетекторов и цифровых технологий. Волоконно-оптические датчики имеют следующие преимущества:
- нечувствительность к внешним электромагнитным полям;
- практически отсутствие перекрестных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель;
- малая масса и габаритные размеры;
- полная электрическая изоляция между входом и выходом системы связи;
- отсутствие коротких замыканий.
Целью данной работы является создание опытного образца, реализующего измерение малых длин на базе волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо и изучение его характеристик.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
- определение структурной схемы устройства;
- выбор источника и приемника оптического излучения, среды распространения света (оптоволокна);
- выбор схемы фотодетектора;
- конструирование образца устройства;
- наладка и испытание образца устройства.
Первая глава данной работы раскрывает понятие длины как физической величины, определяет понятие малых длин, а также описывает преимущества волоконно-оптических датчиков и поясняет принцип действия интерферометра Фабри-Перо.
Вторая глава посвящена описанию компонентов системы, таких как источники оптического излучения, приемники и собственно оптоволокно.
В третьей главе осуществляется составление структурной схемы устройства, ее описание, выбор компонентов устройства и схемы фотодетектора, а также анализ полученных результатов испытаний опытного образца.
Четвертая глава дает технико-экономическое обоснование работы с целью определения и анализа трудовых и денежных затрат, направленных на реализацию проекта.
В пятой главе рассматривается описание рабочей зоны предназначенной для выполнения ВКР: требования к организации рабочих мест, возможным выбросам, а также правовые вопросы обеспечения охраны труда и пожарной безопасности.
✅ Заключение
В ходе проделанной работы была построена структурная схема устройства, реализующего измерение малых длин на базе волоконнооптического интерферометра Фабри-Перо. Для определения необходимых компонентов был проведен обзор существующих источников и приемников оптического излучения, видов оптического волокна, волоконно-оптических разветвителей, соединителей, коннекторов и видов полировки торца оптоволокна.
В соответствии с поставленной целью, в качестве источника оптического излучения был выбран лазерный источник Grandway FHS1D02, в качестве приемника - германиевый фотодиод ФД-3А. В качестве среды распространения света было выбрано одномодовое волокно и два типа сплавных разветвителя с коэффициентами деления 50/50 и 5/95. Каждая часть волокна оконцована соединителем FC-типа. Чтобы обеспечить возможность изменения конструкции устройства, было сделано разъемное соединение оптоволокна при помощи адаптера D-типа для их быстрого соединения и разъединения между собой. Торец волокна имеет тип полировки UPC. Кроме этого был сделан выбор схемы фотодетектора, которая в дальнейшем была оптимизирована для ее корректной работы. Также была сконструирована механическая часть передвижения зеркала (механической подсистемы), в которой передвижение зеркала происходило посредством поворота винта на определенный градус.
Был собран опытный образец устройства и проведены первичные испытания. В результате были получены зависимости изменения интенсивности излучения от величины смещения зеркала. Установлено, что диапазон измерения составляет от 0 до 0,3 мм. Погрешность измерения 50 мкм. Установлено, что основным влияющим фактором на результат измерения является угловая расходимость света за счет перемещения. Влияние сдвига интерференционных полос на результат измерения фиксируется только как отклонение.
В соответствии с поставленной целью, в качестве источника оптического излучения был выбран лазерный источник Grandway FHS1D02, в качестве приемника - германиевый фотодиод ФД-3А. В качестве среды распространения света было выбрано одномодовое волокно и два типа сплавных разветвителя с коэффициентами деления 50/50 и 5/95. Каждая часть волокна оконцована соединителем FC-типа. Чтобы обеспечить возможность изменения конструкции устройства, было сделано разъемное соединение оптоволокна при помощи адаптера D-типа для их быстрого соединения и разъединения между собой. Торец волокна имеет тип полировки UPC. Кроме этого был сделан выбор схемы фотодетектора, которая в дальнейшем была оптимизирована для ее корректной работы. Также была сконструирована механическая часть передвижения зеркала (механической подсистемы), в которой передвижение зеркала происходило посредством поворота винта на определенный градус.
Был собран опытный образец устройства и проведены первичные испытания. В результате были получены зависимости изменения интенсивности излучения от величины смещения зеркала. Установлено, что диапазон измерения составляет от 0 до 0,3 мм. Погрешность измерения 50 мкм. Установлено, что основным влияющим фактором на результат измерения является угловая расходимость света за счет перемещения. Влияние сдвига интерференционных полос на результат измерения фиксируется только как отклонение.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.