本文關(guān)鍵詞：塑料光纖的傳輸損耗系數(shù)無(wú)損測(cè)量方法與傳感應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相比于銅電纜,塑料光纖具有較高的傳輸帶寬和抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)。塑料光纖將逐步成為短距離通信和局域網(wǎng)等領(lǐng)域中的理想信息傳輸媒介。目前,已經(jīng)有許多研究機(jī)構(gòu)在開(kāi)展有關(guān)塑料光纖的制造工藝、通信應(yīng)用以及傳感應(yīng)用等研究,并獲得了諸多標(biāo)志性成果。但是,有關(guān)塑料光纖傳輸損耗系數(shù)在線測(cè)量技術(shù)的研究報(bào)道卻并不多見(jiàn),而該技術(shù)對(duì)于塑料光纖制造產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)又是十分重要的。鑒于此,本論文研究了基于光纖宏彎結(jié)構(gòu)和折射率匹配技術(shù)的非破壞式的光信號(hào)注入與提取方法,即實(shí)現(xiàn)了光從光纖包層外到光纖纖芯內(nèi)的光注入,以及光從光纖纖芯到光纖包層外的光提取;利用這兩種方法,提出了一種塑料光纖傳輸損耗系數(shù)無(wú)損測(cè)量方法。該方法將作為上述在線測(cè)量技術(shù)的重要技術(shù)儲(chǔ)備。此外,本論文也對(duì)塑料光纖液位傳感技術(shù)進(jìn)行了研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性成果可概述如下:(1)提出了一種基于光線追跡法的描述塑料光纖光傳輸特性的三維理論仿真模型。利用該模型,對(duì)基于光纖宏彎結(jié)構(gòu)和折射率匹配技術(shù)的非破壞式光信號(hào)注入方法進(jìn)行了理論研究,分別分析了光纖彎曲半徑、光束的初始入射位置和入射角度以及外部介質(zhì)折射率對(duì)光注入效率的影響。通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)上獲得了最高可達(dá)30%的光注入效率。(2)基于功率流方程和光線追跡法,從理論上研究了塑料光纖纖芯內(nèi)光波電場(chǎng)隨傳輸距離的演化特性,給出了最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)分布時(shí)的光功率角度分布。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述穩(wěn)態(tài)分布的存在。(3)基于光纖內(nèi)光波電場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)分布,對(duì)不同彎曲半徑條件下的光纖宏彎損耗進(jìn)行了理論研究。理論結(jié)果顯示:當(dāng)光纖的彎曲半徑確定后,對(duì)于光纖纖芯內(nèi)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)分布的光波電場(chǎng)而言,由光纖宏彎造成的光功率損失百分比是基本相同的。(4)依據(jù)非破壞式光信號(hào)注入與提取方法,提出了一種塑料光纖傳輸損耗系數(shù)無(wú)損測(cè)量方法。為驗(yàn)證該方法的可行性,開(kāi)展了光信號(hào)注入與提取模塊的設(shè)計(jì)、制作以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作。最終,通過(guò)與截?cái)喾ㄟM(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比,證明了所述塑料光纖傳輸損耗系數(shù)無(wú)損測(cè)量方法的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:該無(wú)損測(cè)量方法的測(cè)量誤差小于8%。(5)提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的多點(diǎn)測(cè)量型塑料光纖液位傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)的傳感部分是由一系列共軸、等間距放置的塑料光纖構(gòu)成。當(dāng)任意兩段相鄰塑料光纖之間的空隙由液體填充時(shí),這兩段光纖之間的光耦合能量會(huì)增強(qiáng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)度的調(diào)制。利用光線追跡法對(duì)該傳感系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)結(jié)果并對(duì)傳感系統(tǒng)的性能進(jìn)行了較為全面的測(cè)試。該液位傳感器的響應(yīng)時(shí)間小于1 s。
【關(guān)鍵詞】：塑料光纖 傳輸損耗系數(shù) 無(wú)損測(cè)量 液位傳感 光纖宏彎損耗 光線追跡
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN253
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-30
• 1.1 塑料光纖及其應(yīng)用簡(jiǎn)介13-23
• 1.1.1 塑料光纖及其發(fā)展簡(jiǎn)介13-17
• 1.1.2 塑料光纖通信應(yīng)用簡(jiǎn)介17-19
• 1.1.3 塑料光纖傳感應(yīng)用簡(jiǎn)介19-22
• 1.1.4 塑料光纖的其他應(yīng)用22-23
• 1.2 塑料光纖傳輸損耗及其測(cè)量方法簡(jiǎn)介23-25
• 1.3 選題目的及意義25-28
• 1.4 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排28-30
• 第二章 非破壞式塑料光纖光信號(hào)注入方法的研究30-50
• 2.1 非破壞式光信號(hào)注入方法簡(jiǎn)介30-32
• 2.2 基于光線追跡法的理論模型32-41
• 2.2.1 非破壞式光信號(hào)注入方法的可行性分析32-33
• 2.2.2 基于光線追跡法的三維理論仿真模型33-41
• 2.3 相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)光注入效率影響的理論與實(shí)驗(yàn)研究41-49
• 2.3.1 彎曲半徑對(duì)光注入效率的影響41-44
• 2.3.2 初始入射位置和入射角度對(duì)光注入效率的影響44-48
• 2.3.3 外部介質(zhì)折射率對(duì)光注入效率的影響48-49
• 2.4 結(jié)論49-50
• 第三章 纖芯內(nèi)光波電場(chǎng)穩(wěn)態(tài)分布與光纖宏彎損耗的研究50-75
• 3.1 多模光纖纖芯內(nèi)光波電場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)分布研究50-67
• 3.1.1 基于光纖模式理論的研究方法及其局限性50-52
• 3.1.2 基于功率流方程的纖芯內(nèi)光波電場(chǎng)分布計(jì)算模型52-55
• 3.1.3 均衡模式分布與穩(wěn)態(tài)分布的理論研究55-60
• 3.1.4 基于光纖遠(yuǎn)場(chǎng)輻射測(cè)量法的纖芯內(nèi)光波電場(chǎng)分布研究60-64
• 3.1.5 基于光線追跡法的穩(wěn)態(tài)分布理論研究64-67
• 3.2 多模光纖宏彎損耗及非破壞式光信號(hào)提取方法研究67-71
• 3.2.1 光纖微彎損耗及其應(yīng)用67-68
• 3.2.2 基于光纖宏彎損耗機(jī)制的非破壞式光信號(hào)提取方法68-69
• 3.2.3 光纖宏彎損耗的理論研究69-71
• 3.3 穩(wěn)態(tài)分布下纖芯內(nèi)光波電場(chǎng)的光纖宏彎損耗71-72
• 3.4 結(jié)論72-75
• 第四章 塑料光纖傳輸損耗系數(shù)的無(wú)損測(cè)量方法研究75-91
• 4.1 塑料光纖傳輸損耗系數(shù)無(wú)損測(cè)量方法簡(jiǎn)介75-77
• 4.2 光信號(hào)注入模塊及其相關(guān)測(cè)試77-80
• 4.2.1 光信號(hào)注入模塊簡(jiǎn)介77-78
• 4.2.2 注入光信號(hào)的光功率隨時(shí)間變化穩(wěn)定性測(cè)試78-79
• 4.2.3 注入光波電場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)分布測(cè)試79-80
• 4.3 傳輸損耗系數(shù)無(wú)損測(cè)量方法的可行性分析80-83
• 4.3.1 基于光功率損失百分比的可行性分析80
• 4.3.2 基于光線追跡法的彎曲輻射光波電場(chǎng)分布研究80-83
• 4.4 塑料光纖傳輸損耗系數(shù)無(wú)損測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)研究83-89
• 4.4.1 光信號(hào)提取模塊與實(shí)驗(yàn)方案介紹83-84
• 4.4.2 基于無(wú)損測(cè)量方法與截?cái)喾ǖ膶?shí)驗(yàn)對(duì)比84-88
• 4.4.3 基于無(wú)損測(cè)量方法的在線測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介88-89
• 4.5 結(jié)論89-91
• 第五章 多點(diǎn)測(cè)量型塑料光纖液位傳感技術(shù)91-109
• 5.1 光纖液位傳感器的發(fā)展91-93
• 5.2 多點(diǎn)測(cè)量型塑料光纖液位傳感器簡(jiǎn)介93-94
• 5.3 基于光線追跡法的理論設(shè)計(jì)模型94-101
• 5.3.1 傳感部分的追跡模型94-97
• 5.3.2 穩(wěn)態(tài)分布光波電場(chǎng)的獲取方法97-100
• 5.3.3 總體追跡模型100-101
• 5.4 傳感器的制作與實(shí)驗(yàn)測(cè)試101-107
• 5.4.1 傳感探頭的設(shè)計(jì)與制作101-104
• 5.4.2 多點(diǎn)測(cè)量型液位傳感器的理論與實(shí)驗(yàn)測(cè)試104-107
• 5.5 結(jié)論107-109
• 第六章 總結(jié)與展望109-112
• 6.1 本論文工作總結(jié)109-110
• 6.2 對(duì)未來(lái)工作的展望110-112
• 參考文獻(xiàn)112-122
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果122-124

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