超细径光纤微张力测量装置的研究

论文摘要

光纤器件在光纤通信系统及光纤传感系统中是必不可少的器件。在光纤器件制造中采用超细径光纤不仅可以减小器件和相应部件的体积,而且可以提高器件性能。光纤直径的减小对光纤器件制作过程中的微张力检测提出了更高的要求,因此,研究超细径光纤微张力测量装置具有重要的应用价值。本文采用悬臂弯曲原理结合光电四象限测量方法,建立微张力测量模型,并通过噪声分析确定微力测量装置的分辨率同结构参数之间的关系。通过数值分析方法对微力测量装置的结构参数进行优化,在满足微力测量范围的前提下,计算出微力测量装置的最小分辨率以及相应的结构参数。根据优化参数建立微力测量装置并对其测量范围,重复精度和分辨率进行测试,通过最小二乘法对微力测量装置的输出信号进行拟合。采用有限元分析对超细径光纤在熔融拉伸过程中受到的电磁拉伸力的磁场进行仿真分析,通过数值分析对超细径光纤在熔融拉伸过程中受到的电磁力拉伸力同导线线径、线圈匝数、通电电流之间的关系进行拟合,得到超细径光纤熔融拉伸过程中受到的电磁拉伸力。基于粘弹性理论和麦克斯韦模型,建立超细径光纤熔融加热过程中微张力的理论模型。通过有限元分析对超细径光纤熔融拉伸过程中,超细径光纤的温度场和应力进行仿真分析。仿真结果表明,超细径光纤靠近高压加热电弧位置温度最高,两个电弧中间位置的光纤温度最低;超细径光纤熔融拉伸过程中应力随时间不断减小,超细径光纤靠近高加热电弧区域应力减小最多。建立超细径光纤熔融拉伸过程中微张力测量系统,利用标定后的微张力测量装置,测量超细径光纤的拉伸力和熔融拉伸过程中微张力的变化。通过改变超细径光纤熔融拉伸过程中的参数,测量不同参数对超细径光纤微张力的影响规律。实验结果表明,当拉伸速度一定时,光纤两端施加的初始拉力越大,拉伸结束时光纤拉力减小越多。当拉伸力一定时,光纤熔融拉伸的速度越大,拉伸结束时光纤拉力减小越多。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 微力测量装置的研究现状
• 1.3 光纤微张力测量装置的研究现状
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 超细径光纤测量装置的优化设计
• 2.1 引言
• 2.2 超细径光纤微力测量装置的工作原理
• 2.3 超细径光纤微张力测量装置的优化设计
• 2.3.1 微张力测量装置的优化目标
• 2.3.2 微张力测量装置理论模型
• 2.3.3 微张力测量装置优化设计的程序设计流程
• 2.3.4 微张力测量装置中微悬臂梁的强度校核
• 2.4 超细径光纤微张力测量装置的设计
• 2.5 微张力测量装置的性能测试
• 2.6 本章小结
• 第3章 超细径光纤熔融拉伸过程建模与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 超细径光纤熔融拉伸过程中电磁拉伸力算法的拟合
• 3.2.1 光纤电磁拉伸力的磁场密度分布仿真分析
• 3.2.2 光纤电磁拉伸力和各个参数之间的关系
• 3.3 熔融加热状态下光纤受力分析
• 3.3.1 超细径光纤熔融拉伸模型
• 3.3.2 超细径光纤温度场的分布与计算
• 3.3.3 超细径光纤熔融拉伸过程热流变分析
• 3.3.4 超细径光纤熔融拉伸过程仿真结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 超细径光纤熔融拉伸实验分析
• 4.1 引言
• 4.2 超细径光纤熔融拉伸系统的建立
• 4.3 超细径光纤熔融拉伸过程中微张力的测量
• 4.3.1 超细径光纤熔融拉伸参数的选择
• 4.3.2 超细径光纤拉伸力的测量
• 4.3.3 超细径光纤熔融拉伸时微张力的测量
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢