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保偏光纤在弯曲状态下的机械可靠性研究

作　者: 梁小红
导　师: 王林斗；宁鼎
学　校: 天津大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 保偏光纤 机械可靠性 光纤强度
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


使用保偏光纤绕制的敏感环圈是光纤陀螺系统中的关键部件,随着光纤陀螺逐步在各种装备的快速应用,保偏光纤的使用量越来越多,为了确保基于保偏光纤的系统的可靠性,必须要研究保偏光纤在实际使用条件下的失效机理,对保偏光纤的机械失效进行评估。由于保偏光纤在实际使用过程中是缠绕在一定直径的骨架上,而且使用过程中一直保持这种状态,这意味着在整个使用寿命周期内保偏光纤一直处于弯曲状态,承受一定的弯曲应力。在这种非常特殊的使用条件下,保偏光纤长期受力状态和普通通信光纤具有很大的区别,其在长期弯曲状态下的使用寿命成为需要考虑的关键问题。由于保偏光纤以及使用保偏光纤制作的光纤陀螺在军事方面的特殊用途,针对保偏光纤机械可靠性方面的研究报道非常少。本文通过对光纤机械可靠性的基础理论分析以及弯曲状态下光纤的受力特性分析,设计制作了相应试验设备,结合对于中国电子科技集团公司第四十六所研制的熊猫型保偏光纤的张力筛选参数、应力腐蚀敏感性参数的测量,建立了光纤在长期疲劳弯曲状态下的机械可靠性分析模型,对于保偏光纤在长期弯曲状态下的机械可靠性影响因素进行了分析。通过保偏光纤的特性参数测量结果,利用机械可靠性模型,得到某些特定长度和弯曲半径等使用条件下保偏光纤的机械寿命预测分析,提出在特定寿命要求的条件下长期弯曲的最小弯曲半径等使用条件要求。并且从机械可靠性的角度针对不同条件下保偏光纤的使用提出应用指导,对保偏光纤环圈的使用寿命影响因素进行了比较和分析,为保偏光纤的长期应用提供可靠性保障。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
第一章 概述  8-15
  1.1 保偏光纤中的光传输  8-9
  1.2 熊猫型保偏光纤的制作工艺  9-11
    1.2.1 预制棒制备  10
    1.2.2 预制棒加工组合  10-11
  1.3 保偏光纤的主要应用  11-13
    1.3.1 保偏光纤应用背景  11-12
    1.3.2 保偏光纤实际应用环境  12
    1.3.3 保偏光纤环圈的绕制  12-13
  1.4 保偏光纤机械可靠性研究意义  13-15
    1.4.1 应用环境特殊，需要特定条件的可靠性分析  13
    1.4.2 工程化应用的需要  13-14
    1.4.3 光纤陀螺的发展需要相应的保偏光纤可靠性指导  14-15
第二章 光纤机械可靠性基础理论  15-25
  2.1 光纤基础构成材料  15
  2.2 光纤中的缺陷  15-18
    2.2.1 内部缺陷  16
    2.2.2 表面缺陷产生  16-18
  2.3 裂纹生长理论  18-21
    2.3.1 应力强度因子  18-19
    2.3.2 裂纹生长理论（强度退化）  19-21
  2.4 光纤强度分布  21-23
    2.4.1 光纤可靠性的最薄弱点理论  21-22
    2.4.2 光纤长度对强度分布的影响  22
    2.4.3 光纤强度Weibull 分布  22-23
  2.5 小结  23-25
第三章 光纤机械可靠性试验方法  25-38
  3.1 张力筛选试验  25-31
    3.1.1 张力筛选试验意义  25-26
    3.1.2 张力筛选标准  26-27
    3.1.3 张力筛选基础理论  27-29
    3.1.4 张力筛选试验方法  29-31
  3.2 光纤抗张强度测量  31-32
    3.2.1 短长度光纤抗张强度试验  31
    3.2.2 大长度光纤的抗张强度试验  31-32
  3.3 光纤的应力腐蚀参数的测量  32-37
    3.3.1 动态疲劳试验方法  32-34
    3.3.2 静态疲劳参数测量方法  34-37
  3.4 小结  37-38
第四章 保偏光纤机械可靠性试验研究  38-52
  4.1 保偏光纤应力腐蚀敏感性参数试验  38-45
    4.1.1 总体试验方案分析设计  38-39
    4.1.2 两点弯曲试验中的光纤力学特性研究  39-41
    4.1.3 快速两点弯曲静态疲劳试验装置的设计及制作  41-43
    4.1.4 保偏光纤两点弯曲试验及数据分析  43-44
    4.1.5 保偏光纤应力腐蚀敏感性参数的计算结果  44-45
  4.2 保偏光纤张力筛选试验研究  45-51
    4.2.1 张力筛选试验中保偏光纤的受力特性分析  46-47
    4.2.2 张力筛选试验对光纤强度退化影响的理论分析  47-48
    4.2.3 张力筛选试验参数及试验条件分析  48-49
    4.2.4 保偏光纤张力筛选试验受力参数计算结果  49-51
  4.3 小结  51-52
第五章 保偏光纤弯曲状态下的机械可靠性分析  52-66
  5.1 保偏光纤使用条件下的受力特性研究  52-54
    5.1.1 单纯弯曲条件下的受力分析  52-53
    5.1.2 施加张力条件下的弯曲受力分析  53-54
  5.2 保偏光纤使用条件下机械可靠性模型理论推导  54-57
    5.2.1 单纯拉伸条件下的光纤机械可靠性基础模型  54
    5.2.2 单纯弯曲条件下的光纤机械可靠性基础模型  54-55
    5.2.3 有张力弯曲状态下瞬间失效光纤机械可靠性模型推导  55-56
    5.2.4 长期强度退化条件下的光纤弯曲机械可靠性模型的建立  56-57
  5.3 保偏光纤的弯曲状态下使用寿命影响因素分析  57-64
  5.4 保偏光纤环圈的可靠性指导  64
  5.5 和其它单位公布的光纤可靠性数据比较  64-65
  5.6 小结  65-66
第六章 总结和展望  66-68
参考文献  68-70
发表论文和参加科研情况说明  70-71
致谢  71

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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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