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超细径保偏光纤耦合器微制作系统关键技术的研究

作 者: 高健
导 师: 荣伟彬
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 超细径保偏光纤 光纤耦合器 POL方法 熔融拉锥法 恒力恒速控制
分类号: TN253
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 47次
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内容摘要


目前对光纤陀螺的研究已经取得大量成果,并在众多领域得到应用,采用超细径保偏光纤可实现光纤陀螺的小型化,使导航系统具有更大的灵活性。光纤耦合器是光纤陀螺的关键器件,决定着光纤陀螺的性能水平。因此,研究超细径保偏光纤耦合器制作的关键技术并建立自动化微制作系统,具有重要的应用价值。本文在实验室已取得成果的基础上,分析并优化了超细径保偏光纤偏振轴对轴的方法,确定了熔融拉伸过程中恒力恒速拉伸的控制方案,设计了超细径保偏光纤耦合器微制作系统的各个模块,编写了微制作系统控制程序,并进行了大量工艺实验,验证了微制作系统的有效性和可靠性。首先,对不同成像距离上光纤的侧面成像进行了仿真分析,比较了选择不同成像距离和图像上不同特征使用POL法所得到的对轴效果,确定了几种针对超细径保偏光纤偏振轴对轴的对轴改进方案。设计采用傅里叶拟合方法和曲线特征自动判断法来处理对轴实验原始数据。采用牛顿插值法进一步提高了重复精度。然后,针对超细径保偏光纤熔融拉伸过程恒力恒速拉伸的要求,设计电磁线圈提供拉伸力,对线圈中电流和拉伸力的对应关系进行动态标定,从而通过调整电磁线圈的电流来开环控制拉伸力。采用高精度编码器测量拉伸位置、T方法计算拉伸速度,使用高压电弧提供熔融温度,结合增量式PID闭环控制算法控制光纤熔融拉伸速度,通过拉伸力和拉伸速度间接控制熔融温度。在前面研究的基础上,分析超细径保偏光纤耦合器具体器件的制作原理,设计了超细径保偏光纤耦合器微制作系统的工作流程,根据工作流程设计并编写了微制作系统控制程序,借助多线程技术交互控制多种功能模块。最后,建立起超细径保偏光纤耦合器微制作系统,并进行了大量工艺实验。比较了不同对轴改进方案的实验结果,确定了三亮纹两侧亮纹对轴法的有效性,并选择傅里叶拟合法和曲线特征法处理实验数据,所得结果具有很高的重复精度。完成了高精度微力传感器的标定,动态标定了电流和拉伸力的对应关系,从而实现了拉伸力的开环控制。通过调整PID参数提高了拉伸速度控制的精度。实验结果表明,超细径保偏光纤耦合器微制作系统的各项功能基本满足要求,可以完成超细径保偏光纤耦合器器件的自动化微制造。目前该系统已经应用于实际生产线。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题的研究目的和意义  9
  1.2 超细径保偏光纤耦合器简介  9-10
  1.3 保偏光纤耦合器微制作系统关键技术的现状  10-15
    1.3.1 保偏光纤对轴技术的研究现状  11-14
    1.3.2 保偏光纤拉伸技术的现状  14-15
  1.4 课题来源  15-16
  1.5 课题主要研究内容  16-17
第2章 偏振轴对轴方法的研究  17-31
  2.1 引言  17
  2.2 POL 方法原理  17-19
  2.3 POL 方法改进方案  19-20
  2.4 POL 方法实验装置  20
  2.5 实验数据处理方法  20-30
    2.5.1 傅里叶拟合  20-23
    2.5.2 捕捉曲线特征法  23-27
    2.5.3 牛顿插值法  27-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 恒力恒速拉伸方法的研究  31-41
  3.1 引言  31
  3.2 恒速恒速熔融拉伸结构概述  31-33
  3.3 拉伸位置速度检测方法  33-34
    3.3.1 拉伸位置检测方法  33
    3.3.2 拉伸速度计算方法  33-34
  3.4 恒定拉伸速度控制方法  34-35
  3.5 恒定拉伸力控制原理  35-36
  3.6 恒定拉伸力动态标定方法  36-39
    3.6.1 传感器静态标定方法  37-38
    3.6.2 拉伸力动态标定方法  38-39
  3.7 本章小结  39-41
第4章 微制作系统控制程序  41-48
  4.1 引言  41
  4.2 超细径保偏光纤耦合器制作流程  41-44
    4.2.1 超细径保偏光纤耦合器制作原理  41-43
    4.2.2 超细径保偏光纤耦合器偏振轴对轴控制流程  43
    4.2.3 超细径保偏光纤耦合器熔融拉伸控制流程  43-44
  4.3 控制程序内部功能结构  44-47
    4.3.1 交互界面与流程控制  45
    4.3.2 多线程集成控制  45-46
    4.3.3 硬件集成控制  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章 微制作系统的建立与工艺实验  48-61
  5.1 引言  48
  5.2 微制作系统的建立  48-51
    5.2.1 微制作系统对轴模块的建立  48-49
    5.2.2 微制作系统拉伸模块的建立  49-51
  5.3 微制作系统对轴模块工艺实验  51-56
    5.3.1 OVD 椭圆芯型超细径保偏光纤工艺实验  51-53
    5.3.2 MCVD 椭圆芯型超细径保偏光纤工艺实验  53-56
    5.3.3 光纤位置固定支架的摩擦影响  56
  5.4 微制作系统拉伸模块工艺实验  56-58
    5.4.1 拉伸力标定实验  56-57
    5.4.2 拉伸速度控制实验  57-58
  5.5 综合工艺实验  58-60
  5.6 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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