Реферат: Обработка информации с использованием оптических систем - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Обработка информации с использованием оптических систем

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 72 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

"Оптическая обработка информации " Вступление Сенсоризация производственной деятельности , т . е . замена органов чувств человека на датчики , должна рассматриваться в качестве тр етьей промышленной революции вслед за первыми двумя — машинно-энергетической и инфор мационно-компьютерной . Потребность в датчиках стре мительно растет в связи с бурным развитие м автоматизированных систем контроля и управл ения , внедрением новых технологических процессов , переходом к гибким автоматизированным произ водствам . Помимо в ы соких метрологичес ких характеристик датчики должны обладать выс окой надежностью , долговечностью , стабильностью , ма лыми габаритами , массой и энергопотреблением , совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации при низкой трудоемкости из г отовления и небольшой стоимости . Этим требованиям в максимальной степени уд овлетворяют волоконно-оптические датчики. Волоконно-оптические датчики Первые попытки создания датчиков на о снове оптических волокон можно отнести к середи не 1970-х годов . Публикации о более или менее приемлемых разработках и экспе риментальных образцах подобных датчиков появилис ь во второй половине 1970-х годов . Однако считается , что этот тип датчиков сформировалс я как одно из направлений техники только в н а чале 1980-х годов . Тогда же появился и термин "волоконно-оптические дат чики " (optical fiber sensors). Таким образом , волоконно-оптические да тчики — очень молодая область техники. От электрических измерений к элект ронным Конец X IX века можно считать периодо м становления метрологии в ее общем виде . К тому времени произошла определенная си стематизация в области электротехники на осно ве теории электромагнетизма и цепей переменно го тока . До этого физические величины изме рялись главным образом механическими средствами , а сами механические измерения рас пространены были незначительно . Электрические же измерения ограничивались едва ли не искл ючительно только электростатическими . Можно сказа ть , что метрология , развиваясь по мере про гресса э л ектротехники , с конца XIX ве ка стала как бы ее родной сестрой. Рассмотрим этапы и успехи этого разви тия . В течение нескольких десятков лет , вп лоть до второй мировой войны , получили рас пространение электроизмерительные приборы , принцип работы которых основа н на силах вз аимодействия электрического тока и магнитного поля (закон Био — Совара ). Тогда же эти приборы внедрялись в быстро развивающуюся промышленность . Особенность периода в том , что наука и техника , причастные к элект роизмерительным приборам , станов я тся ядром метрологии и измерительной индустрии. После второй мировой войны значительные успехи в развитии электроники привели к громадным переменам в метрологии . В пятид есятых годах появились осциллографы , содержащие от нескольких десятков до сотни и боле е электронных ламп и обладающие весьма высокими функциональными возможностями , а та кже целый ряд подобных устройств , которые стали широко применяться в сфере производства и научных исследований . Так наступила эра электронных измерений . Сегодня , по прошеств и и 30 лет , значительно изменилась эл ементная база измерительных приборов . От элек тронных ламп перешли к транзисторам , интеграл ьным схемам (ИС ), большим ИС (БИС ). Таким образом , и сегодня электроника является основ ой измерительной техники. От ан алоговых измерений к цифровым Однако между электронными измерениями , ко торые производились в 1950-e годы , и электронными измерениями 1980-х годов большая разница . Су ть ее заключается в том , что во многие измерительные приборы введена цифровая техника. Обычно электронный измерительный прибор и меет структуру , подобную изображенной на рис . 1. Здесь датчик в случае измерения электри ческой величины (электрический ток или напряж ение ) особой роли не играет , и довольно часто выходным устройством такого измери теля является индикатор . Однако при использов ании подобного прибора в какой-либо измерител ьной системе сплошь и рядом приходится ст алкиваться с необходимостью обработки сигнала различными электронными схемами . Внедрение цифр овой измерительной техни к и подразумев ает в идеале , что цифровой сигнал поступае т непосредственно от чувствительного элемента датчика . Но пока это скорее редкость , че м правило . Чаще же всего этот сигнал и меет аналоговую форму , и для него на в ходе блока обработки данных установлен а налого-цифровой преобразователь (АЦП ). Цифрова я же техника используется главным образом в блоке обработки данных и в выходном устройстве (индикаторе ) или в одном из них. Основное преимущество использования цифровой техники в процессе обработки данных — это сравнительно простая реализация опер аций высокого уровня , которые трудно осуществ имы с помощью аналоговых устройств . К таки м операциям относятся подавление шумов , усред нение , нелинейная обработка , интегральные преобраз ования и др . При этом функциональная нагрузка на чувствительный элемент датчик а уменьшается и снижаются требования к ха рактеристикам элемента . Кроме того , благодаря цифровой обработке становится возможным измерени е весьма малых величин. Цифризация и волоконно-оптические датч ики Важно отметить , что одним из этапов развития волоконно-оптических датчиков было фун кциональное расширение операций , выполняемых в блоке обработки данных датчика , путем их цифризации и , что особенно существенно , упро щение операций нелинейного ти па . Ведь в волоконно-оптических датчиках линейность выходн ого сигнала относительно измеряемой физической величины довольно часто неудовлетворительна . Бл агодаря же цифризации обработки эта проблема теперь частично или полностью решается. Нечего и говорить , что важный ст имул появления волоконно-оптических датчиков — создание самих оптических волокон , о которы х будет рассказано ниже , а также взрывообр азное развитие оптической электроники и волок онно-оптической техники связи. Становление оптоэлектр оники и появление оптических волокон Лазеры и становление оптоэлектроники Оптоэлектроника — это новая область науки и техники , которая появилась на стык е оптики и электроники . Следует заметить , что в развитии радиотех ники с самого начала ХХ века постоянно прослеживалась тенденция освоения электромагнитных волн все более высокой частоты . Вытекающее из этого факта предположение , что однажды радиотехника и электроника достигнут оптического диапазон а волн , становится все б олее и более достоверным , начиная с 1950-х годов . Г одом возникновения оптоэлектроники можно считать 1955-й , когда Е . Лоебнер (Loе bner Е . Е . Optoelectronic devices and networks//Proc. 1ЕЕЕ . 1955. V. 43. N 12. Р . 1897 — 1906) описал потенциальные параметры р азличных оптоэлектронных устройств связи , нынче называемых оптронами , т . е . когда были обсуждены основные хара ктеристики соединения оптического и электронного устройств . Рис . 2. Снижение минимальных потерь передачи для различных типов оптиче ских волокон С тех пор оптоэлектроника непрерывно развивается , и полагают , что до конца ХХ века она превратится в огромн ую отрасль науки и техники , соизмеримую с электроникой . Появление в начале 1960- х годов лазеров способствовало ускорению развити я оптоэлектроники . Потенциальные характеристики л азеров описаны еще в 1958 г ., а уже в 1960 г . был создан самый первый лазер — газовый , на основе смеси гелия и неона . Генерирующие непрерывное излучение при к о мнатной температуре полупроводниковые лазеры , которые в настоящее время получили наиболее широкое применение , стали выпускать ся с 1970 г. Появление оптических волокон Важным моментом в развитии оптоэлектроник и является создание оп тических волокон . Особенно интенсивными исследования стали в конце 1960-x годов , а разработка в 1970 г . америк анской фирмой "Корнинг " кварцевого волокна с малым затуханием (20 дБ /км ) явилась эпохальным событием и послужила стимулом для увелич ения темпов и с следований и разраб оток на все 1970-е годы. На рис . 2 показано снижение минимальных потерь передачи для различных оптических в олокон на протяжении минувших десяти с ли шним лет . Можно заметить , что для кварцевы х оптических волокон потери за 10 лет (в 1970-е годы ) уменьшились примерно на два порядка. Изначальной и главной целью разработки оптических волокон было обеспечение ими оп тических систем связи . Тем не менее в 1970-е годы , когда в технике оптических волок он применительно к оптическим системам связи был и достигнуты уже значительные усп ехи , влияние волокон на развитие волоконно-опт ических датчиков , о которых пойдет речь в этой книге , оказалось несколько неожиданным. Одно - и многомодовые оптические во локна. Оптическое волокно обыч но бывает одного из двух типов : одномодовое , в котор ом распространяется только одна мода (тип распределения передаваемого электромагнитного поля ), и многомодовое — с передачей множества (около сотни ) мод . Конструктивно эти типы волокон различаются только д иаметром сердечника — световедущей части , внутри которой коэффициент преломления чуть выше , че м в периферийной части — оболочке (рис . 3). Рис . 3. Одномодовое (а ) и мног омодовое (б ) оптич еское волокно В технике используются как многомодовые , так и одномодовые оптические волокна . Мн огомодовые волокна имеют большой (примерно 50 мк м ) диаметр сердечника , что облегчает их со единение друг с другом . Но поскольку групп овая скорость света для кажд ой моды различна , то при передаче узкого светового импульса происходит его расширение (увеличен ие дисперсии ). По сравнению с многомодовыми у одномодовых волокон преимущества и недос татки меняются местами : дисперсия уменьшается , но малый (5...10 мкм ) диаме т р сердечник а значительно затрудняет соединение волокон э того типа и введение в них светового луча лазера. Вследствие этого одномодовые оптические в олокна нашли преимущественное применение в ли ниях связи , требующих высокой скорости переда чи информации (лини и верхнего ранга в иерархической структуре линий связи ), а м ногомодовые чаще всего используются в линиях связи со сравнительно невысокой скоростью передачи информации . Имеются так называемые когерентные волоконно-оптические линии связи , г де пригодны тольк о одномодовые воло кна . В многомодовом оптическом волокне когере нтность принимаемых световых волн падает , поэ тому его использование в когерентных линиях связи непрактично , что и предопределило п рименение в подобных линиях только одномодовы х оптических волок о н. Напротив , хотя при использовании оптическ их волокон для датчиков вышеуказанные факторы тоже имеют место , но во многих случая х их роль уже иная . В частности , при использовании оптических волокон для когерентн ых измерений , когда из этих волокон формир уетс я интерферометр , важным преимуществом одномодовых волокон является возможность передач и информации о фазе оптической волны , что неосуществимо с помощью многомодовых волокон . Следовательно , в данном случае необходимо только одномодовое оптическое волокно , к ак и в когерентных линиях связи . Т ем не менее , на практике применение одномо дового оптического волокна при измерении нети пично из-за небольшой его дисперсии . Короче говоря , в сенсорной оптоэлектронике , за искл ючением датчиков-интерферометров , используются многомодовые оптические волокна . Это обст оятельство объясняется еще и тем , что в датчиках длина используемых оптических волокон значительно меньше , чем в системах оптиче ской связи . Характеристики оптического волокна ка к структурного элемента датчика и систе м связи Прежде чем оценивать значимость этих характеристик для обеих областей применения , отметим общие достоинства оптических волокон : широкополосность (предполагается до нескольки х десятков терагерц ); малые потери (минимальные 0,154 дБ /км ); малый (около 125 мкм ) диаметр ; малая (приблизительно 30 г /км ) масса ; эластичность (минимальный радиус изгиба 2 MM); механическая прочность (выдерживает нагрузку на разрыв примерно 7 кг ); отсутствие взаимной интерференции (перекрестн ых помех типа известных в телефонии "переходных разговоров "); безындукционность (практически отсутствует вл ияние электромагнитной индукции , а следовательно , и отрицательные явления , связанные с гро зовыми разрядами , близостью к линии электропе редачи , импульсами тока в силовой сети ); взрывобезопасность (гарантируется абсолютной неспособностью волокна быть причиной искры ); высокая электроизоляционная прочность (наприм ер , волокно длиной 20 см выдерживает напряжение до 10000 B); высокая коррозионная стойкость , особенно к химическим растворителям , маслам , воде. В области оптической связи наиболее в ажны такие достоинства волокна , как широкопол осность и малые потери , причем в строитель стве внутригородских сетей связи наряду с этими свойствами особое значение приобретают малы й диаметр и отсутствие взаимной интерференции , а в электрически неблагоприятной окружающей среде — безындукционность . После дние же три свойства в большинстве случае в здесь не играют какой-либо заметной роли . В практике использования волоконно-оптических да тчиков имеют наибольшее значение п оследние четыре свойства . Достаточно полезны и такие свойства , как эластичность , малые диаметр и масса . Широкополосность же и мал ые потери значительно повышают возможности оп тических волокон , но далеко не всегда эти преим у щества осознаются разработчика ми датчиков . Однако , с современной точки з рения , по мере расширения функциональных возм ожностей волоконно-оптических датчиков в ближайше м будущем эта ситуация понемногу исправится. Как будет показано ниже , в волоконно-о птическ их датчиках оптическое волокно мож ет быть применено просто в качестве линии передачи , а может играть роль самого чувствительного элемента датчика . В последнем случае используются чувствительность волокна к электрическому полю (эффект Керра ), магнитному по л ю (эффект Фарадея ), к вибрации , температуре , давлению , деформациям (например , к изгибу ). Многие из этих эффектов в оп тических системах связи оцениваются как недос татки , в датчиках же их появление считаетс я скорее преимуществом , которое следует разви вать. С ледует также отметить , что оптиче ские волокна существенно улучшают характеристики устройств , основанных на эффекте Саньяка. Классификация волоконно-оптических датчико в и примеры их применения Современные волоконно-оптические датч ики позволяют измерять почти все . Например , д авление , температуру , расстояние , положение в п ространстве , скорость вращения , скорость линейного перемещения , ускорение , колебания , массу , звуко вые волны , уровень жидкости , деформацию , коэффи циент преломления, электрическое поле , электрический ток , магнитное поле , концентрацию газа , дозу радиационного излучения и т.д. Если классифицировать волоконно-оптические да тчики с точки зрения применения в них оптического волокна , то , как уже было от мечено выше , их можно г рубо разделить на датчики , в которых оптическое волокно используется в качестве линии передачи , и датчики , в которых оно используется в качестве чувствительного элемента . Как видно из таблицы 1, в датчиках типа "линии пере дачи " используются в основном мно г омодовые оптические волокна , а в датчиках сенсорного типа чаще всего — одномодовые. Краткая история исследований и раз работок В истории волоконно-оптических датчиков т рудно зафиксировать какой-либо начальный момент , в отличие от и стории волоконно-оптическ их линий связи . Первые публикации о проект ах и экспериментах с измерительной техникой , в которой использовалось бы оптическое в олокно , начали появляться с 1973 г ., а во в торой половине 1970-х годов их число значител ьно увеличилось. В 1978 году Нэмото Тосио предложил общую классификацию волоконно-оптических датчиков (рис . 4.), которая мало отличается о т современной . С наступлением 1980-х годов ис тория развития волоконно-оптических датчиков обра стает значительными подробностями. Заключение Рис .4. Классификация основных с труктур волоконно-оптических датчиков а ) с изменением характ еристик волокна (в том числе специальных в олокон ) б ) с изменением параметров передаваемого св ета в ) с чувствительным элементом на торце волокна Основными элементами волоконно-оптического да тчика , являются оптическое волокно , светоизлучающи е (источник света ) и светоприемные устройства , оптический чувствительный элемент . Кроме того , специальные линии необходимы для связ и между этими элементами или для формиров ания измерительной системы с датчиком . Далее , для практического внедрения волоконно-оптических датчиков необходимы элементы системной техни ки , которые в совокупнос т и с в ышеуказанными элементами и линией связи образ уют измерительную систему.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Убожество сегодняшнего театра вызвано тем, что режиссеры не согласны ставить ничего ниже Шекспира и Чехова, в то время как актеры приучены играть ментов и бандитов.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru