📄Работа №213648
Тема: Разработка оптоэлектронной системы для определения активности шарнирного соединения
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Физика
Объем:
47 листов
Год:
2022
Просмотров:
6
5470
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
Аннотация
Введение 6
1. Обзор литературы 9
1.1. История оптических волокон 9
1.2 Структура волокон 10
Волокно со ступенчатым показателем преломления 10
□ Волокно с изменяющимся показателем преломления 11
1.3. Производство оптического волокна 12
1.4 Оптоволоконные датчики 15
□ Классификация оптоволоконных датчиков 16
□ Примеры датчиков 17
1.5 Датчики на основе изгиба 24
□ Двулучепреломление, индуцированное изгибом 24
□ Потери на изгибе 25
□ Измерение прочности оптических волокон на изгиб 27
□ Геометрический анализ изгиба 30
Глава 2. Экспериментальная установка 33
2.1. Рабочая поверхность 33
2.2. Методика изгибания 36
2.3. Получение показаний 37
Глава 3. Результаты и обсуждение 39
3.1 Обсуждение результатов и практические проблемы 39
3.2. Получение результатов 42
3.3 Предложения 47
Список литературы 48
Введение 6
1. Обзор литературы 9
1.1. История оптических волокон 9
1.2 Структура волокон 10
Волокно со ступенчатым показателем преломления 10
□ Волокно с изменяющимся показателем преломления 11
1.3. Производство оптического волокна 12
1.4 Оптоволоконные датчики 15
□ Классификация оптоволоконных датчиков 16
□ Примеры датчиков 17
1.5 Датчики на основе изгиба 24
□ Двулучепреломление, индуцированное изгибом 24
□ Потери на изгибе 25
□ Измерение прочности оптических волокон на изгиб 27
□ Геометрический анализ изгиба 30
Глава 2. Экспериментальная установка 33
2.1. Рабочая поверхность 33
2.2. Методика изгибания 36
2.3. Получение показаний 37
Глава 3. Результаты и обсуждение 39
3.1 Обсуждение результатов и практические проблемы 39
3.2. Получение результатов 42
3.3 Предложения 47
Список литературы 48
📖 Аннотация
В данной работе представлена разработка и экспериментальное исследование оптоэлектронной системы для определения угла изгиба и мониторинга активности шарнирного соединения на основе чувствительных к деформации оптических волокон. Актуальность исследования обусловлена растущим спросом на высокоточные, компактные и устойчивые к электромагнитным помехам датчики для биомеханики, робототехники и промышленного контроля, где традиционные электронные сенсоры могут быть неприменимы. В результате проведенных экспериментов была продемонстрирована работоспособность прототипа системы, установлена зависимость оптических потерь от радиуса изгиба волокна и определены ключевые метрики чувствительности и точности предлагаемого решения. Научная значимость работы заключается в углубленном анализе явления потерь на изгибе в контексте создания датчика положения, в то время как практическая ценность состоит в предложении конкретной конструкции сенсорного узла, пригодного для интеграции в системы мониторинга состояния механических сочленений. Проведенный обзор литературы, включая исследования Matthewson M.J. et al. по прочности волокон при изгибе, Mao L. et al. по чувствительным к кривизне сросткам со смещением сердцевин, а также Floris I. et al. по всестороннему анализу волоконно-оптических датчиков формы, подтверждает перспективность выбранного подхода и определяет нишу для данного исследования.
📖 Введение
Оптическое волокно представляет собой очень тонкую нить или
жгут из пластика или стекла, покрытого снаружи светоотражающим материалом. Нити собраны внутри защитного кожуха или оболочки и образуют так называемый оптоволоконный кабель. На обоих концах этого кабеля находятся передатчики, которые, как правило, представляют собой светоизлучающие или светогенерирующие лазерные диоды.
Использование оптического волокна
В связи с развитием технологий оптические волокна имеют множество применений в различных отраслях. Они играют важную роль и применяются в следующих сферах: в медицине в качестве световода и инструмента визуализации при проведении хирургических операций и нехирургической диагностике, особенно с использованием лазеров, где эндоскоп стал одним из неотъемлемых медицинских инструментов; правительствами в гидрофонах, подводных лодках, самолетах и других транспортных средствах для связи в полевых условиях; при передаче и хранении данных, обеспечивая быстроту и точность передачи этих данных; в телекоммуникациях для передачи и приема данных; для подключения пользователей и серверов к различным сетевым настройкам; в труднодоступных местах, таких как двигатели, трубы или даже насосы на парусных судах. Оптоволоконные кабели используются при подключении телевидения, будь то обычное телевидение или телевидение высокой четкости, а также при подключении Интернета. Пластиковые оптические волокна используются производителями автомобилей для осуществления установки внутри транспортных средств. Оптические волокна монтируются в бетонные конструкции для контроля напряжения и обнаружения внутренних трещин. Таковы наиболее распространенные сферы применения оптических волокон.
В своем исследовании я рассмотрю оптический кабель как одно из изобретений, которое имеет множество преимуществ, выгодно отличающих его от других средств передачи данных (например, медных кабелей). Я выбрал эту тему, потому что в моей стране (Ираке) широко используется именно подвесное воздушное, а не подземное оптическое волокно.
Было проведено множество исследований, в ходе которых были предложены и продемонстрированы оптоволоконные датчики, такие как высокочувствительный датчик кривизны, основанный на сращивании сердцевины со смещением [1]. Весь процесс изготовления довольно прост, измерительный наконечник датчика экономичен, а датчик кривизны основан на одномодовом волокне без скручивания сердцевины. Чувствительный датчик кривизны оптического волокна на основе структуры MMF-SCF-MMF (MMF: многомодовое волокно; SCF: семисердцевинное волокно) предложен в [2]. Многомодовое волокно (MMF) используется для повышения эффективности световой связи между входным одномодовым волокном (SMF) и семисердцевинным волокном (SCF), а семисердцевинное волокно используется в качестве основного элемента для измерения кривизны. В данной технологии предложен высокочувствительный датчик кривизны на основе одномодовой волоконной структуры без скручивания сердцевины (SNTS). Конфигурация создается путем скручивания отрезка одномодового волокна (SMF) в одномодовой структуре без сердцевины. За счет скручивания мода оболочки, возбуждаемая в одномодовом волокне, может быть повторно включена в сердцевину. Моды сердцевины и оболочки, возбуждаемые в одном и том же волокне, образуют интерференцию Маха-Цендера (ИМЦ), которая чувствительна к изменению кривизны.
Оптоволоконные датчики формы [4] представляют собой инновационную технологию оптоволоконного зондирования, в которой используется оптоволоконный кабель для непрерывного отслеживания трехмерной формы и положения динамического объекта (с неизвестным движением) в реальном
времени без визуального контакта. Эта технология представляет достойную альтернативу существующим методам определения формы благодаря сочетанию преимуществ (включая простоту установки, искробезопасность, компактность, гибкость, работу без подключения к электросети, устойчивость к суровым условиям окружающей среды и коррозии, отсутствие необходимости в приближении, вычислительных или числовых измерениях), которые могут способствовать достижению существенного прогресса в области гражданского проектирования, машиностроения и авиакосмической промышленности, а также биомедицины и медицины. В последние двадцать лет многие исследования были посвящены изучению этой технологии.
Усовершенствованный метод мониторинга состояния конструкций с помощью интегрированного изогеометрического анализа и распределенного оптоволоконного зондирования обсуждался в [5]. Попытки цифрового управления структурами являются одними из самых популярных в рамках концепции «Интернет вещей» (IoT). Однако реализация технологии отстает. В этой работе признается, что компьютерное проектирование (САПР) составляет основу современной инженерии.
Таким образом, целью нашей работы будет изучение того, могут ли потери входной мощности, подаваемой лазерным источником в оптическом волокне при его изгибе под определенным углом, являться фактическим индикатором угла изгиба. Для достижения цели нам понадобится решить следующие задачи:
• разработка концепции эксперимента по изучению зависимости угла и радиуса изгиба оптоволокна на потери в нем,
• создание экспериментальной установки,
• проведение эксперимента;
• анализ данных, полученных в результате проведения эксперимента.
жгут из пластика или стекла, покрытого снаружи светоотражающим материалом. Нити собраны внутри защитного кожуха или оболочки и образуют так называемый оптоволоконный кабель. На обоих концах этого кабеля находятся передатчики, которые, как правило, представляют собой светоизлучающие или светогенерирующие лазерные диоды.
Использование оптического волокна
В связи с развитием технологий оптические волокна имеют множество применений в различных отраслях. Они играют важную роль и применяются в следующих сферах: в медицине в качестве световода и инструмента визуализации при проведении хирургических операций и нехирургической диагностике, особенно с использованием лазеров, где эндоскоп стал одним из неотъемлемых медицинских инструментов; правительствами в гидрофонах, подводных лодках, самолетах и других транспортных средствах для связи в полевых условиях; при передаче и хранении данных, обеспечивая быстроту и точность передачи этих данных; в телекоммуникациях для передачи и приема данных; для подключения пользователей и серверов к различным сетевым настройкам; в труднодоступных местах, таких как двигатели, трубы или даже насосы на парусных судах. Оптоволоконные кабели используются при подключении телевидения, будь то обычное телевидение или телевидение высокой четкости, а также при подключении Интернета. Пластиковые оптические волокна используются производителями автомобилей для осуществления установки внутри транспортных средств. Оптические волокна монтируются в бетонные конструкции для контроля напряжения и обнаружения внутренних трещин. Таковы наиболее распространенные сферы применения оптических волокон.
В своем исследовании я рассмотрю оптический кабель как одно из изобретений, которое имеет множество преимуществ, выгодно отличающих его от других средств передачи данных (например, медных кабелей). Я выбрал эту тему, потому что в моей стране (Ираке) широко используется именно подвесное воздушное, а не подземное оптическое волокно.
Было проведено множество исследований, в ходе которых были предложены и продемонстрированы оптоволоконные датчики, такие как высокочувствительный датчик кривизны, основанный на сращивании сердцевины со смещением [1]. Весь процесс изготовления довольно прост, измерительный наконечник датчика экономичен, а датчик кривизны основан на одномодовом волокне без скручивания сердцевины. Чувствительный датчик кривизны оптического волокна на основе структуры MMF-SCF-MMF (MMF: многомодовое волокно; SCF: семисердцевинное волокно) предложен в [2]. Многомодовое волокно (MMF) используется для повышения эффективности световой связи между входным одномодовым волокном (SMF) и семисердцевинным волокном (SCF), а семисердцевинное волокно используется в качестве основного элемента для измерения кривизны. В данной технологии предложен высокочувствительный датчик кривизны на основе одномодовой волоконной структуры без скручивания сердцевины (SNTS). Конфигурация создается путем скручивания отрезка одномодового волокна (SMF) в одномодовой структуре без сердцевины. За счет скручивания мода оболочки, возбуждаемая в одномодовом волокне, может быть повторно включена в сердцевину. Моды сердцевины и оболочки, возбуждаемые в одном и том же волокне, образуют интерференцию Маха-Цендера (ИМЦ), которая чувствительна к изменению кривизны.
Оптоволоконные датчики формы [4] представляют собой инновационную технологию оптоволоконного зондирования, в которой используется оптоволоконный кабель для непрерывного отслеживания трехмерной формы и положения динамического объекта (с неизвестным движением) в реальном
времени без визуального контакта. Эта технология представляет достойную альтернативу существующим методам определения формы благодаря сочетанию преимуществ (включая простоту установки, искробезопасность, компактность, гибкость, работу без подключения к электросети, устойчивость к суровым условиям окружающей среды и коррозии, отсутствие необходимости в приближении, вычислительных или числовых измерениях), которые могут способствовать достижению существенного прогресса в области гражданского проектирования, машиностроения и авиакосмической промышленности, а также биомедицины и медицины. В последние двадцать лет многие исследования были посвящены изучению этой технологии.
Усовершенствованный метод мониторинга состояния конструкций с помощью интегрированного изогеометрического анализа и распределенного оптоволоконного зондирования обсуждался в [5]. Попытки цифрового управления структурами являются одними из самых популярных в рамках концепции «Интернет вещей» (IoT). Однако реализация технологии отстает. В этой работе признается, что компьютерное проектирование (САПР) составляет основу современной инженерии.
Таким образом, целью нашей работы будет изучение того, могут ли потери входной мощности, подаваемой лазерным источником в оптическом волокне при его изгибе под определенным углом, являться фактическим индикатором угла изгиба. Для достижения цели нам понадобится решить следующие задачи:
• разработка концепции эксперимента по изучению зависимости угла и радиуса изгиба оптоволокна на потери в нем,
• создание экспериментальной установки,
• проведение эксперимента;
• анализ данных, полученных в результате проведения эксперимента.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.