光路保护范文
光路保护范文（精选9篇）
光路保护 第1篇
关键词：电力光纤网络,自愈性,ARM+Linux
0 引言
随着近年来,电力光纤通信网络的不断发展,人们除了对通信容量要求增大外,也对通信质量的要求有了很大的提升。然而,由于光纤的自身原因以及各种外在因素,光路的运行状况不甚理想。例如:施工、地质灾害等不可预知的外力很可能会导致电力光纤通信网的断裂,从而造成通信的中断。特别是当光纤通信的技术应用于对实时性、安全性要求极高的电力系统时,光纤通信网络的以上不足,会给带来一些不可避免的隐患。而目前大部分的电力光纤通信网,当其发生故障时,是通过人工操作的方式将其切换到备用的保护光路上去,而无自动倒换的功能。基于此,迫切需要设计开发一种自动的电力光纤光路自动保护系统,以确保当前正在承载业务的光路发生故障时光路能够在极端的时间内自动地的切换到备用的光路上去,以保证业务的连续性与稳定性,从而保证电力系统通信的畅通。
1 总体方案的设计
1.1 光路保护方式的设计与分析
在本电力光纤保护系统中,我们采用1:1的光纤保护模式。1:1的保护方式是一种资源完全占用的专用保护方式。采用1:1保护模式的系统,在正常状态下通信时,主用通道正常地使用资源工作,而备用通道一直处于蛰伏状态,系统仅仅监测其资源的可用性,但不在上面承载业务。当正常通信的系统发生故障的时候,由发生故障两点的两个网元进行协调,与发送端和接收端相连的光开关同时切换到保护光纤进行传输将备用通道激活,业务从发生故障的主用通道转移到备用通道去,从而实现电力光纤通信网的自动倒换[1,2,3]。
1.2 控制模块的选择与分析
在已出现的光路保护系统中,大多采用单片机作为系统的监测与控制模块,很显然,如果采用单片机作为系统的监测与控制模块,虽然可以直接操作底层的硬件以对光开关实现动作,但是这样以来会增大开发的难度与开发的周期,特别是当我们要实现一些复杂的任务时,例如:通过网络(TCP/IP)与上位机或者服务器进行通信、让控制模块自动的运行我们之前设定好的切换策略、对n:n结构的光路切换模块实现控制等复杂任务时,基于单片机的控制模块的开发将会变得非常繁琐,甚至有些是无法实现的。这样以来就会延长开发周期,增大开发的成本。
基于以上的原因,本系统的控制模块采用基于ARM+Linux的架构进行开发,把操作硬件的任务交给操作系用去自动的完成,我们只需要考虑相关的切换策略与相关的切换逻辑,从而降低了开发的难度与成本,缩短了开发的周期,并且大大地提高了控制模块的性能[4,5,6,7]。
2 系统架构的设计与分析
本系统由光功率监测与模数模块、控制模块、光开关模块、通信模块组成。系统工作的流程图如图1所示。
光功率监测模块通过97:3的分光器获得当前工作通信光路的光功率,并通过ADC模数转换模块转换为控制模块可以识别、处理的数字信号,控制模块根据当前计算出的光功率的大小来判定是否进行光开关的切换,并将相关的信息通过以太网传至上位机,并且控制模块也可接收上位机发来的命令来进行光开关模块的主动切换。系统架构的示意图如图2所示。
图2中,1通道和2通道为两根工作光缆,假设1通道中含4根光纤,2通道中含5根光纤(光纤数目仅为图示需要而假设,并不是实际工程中的光纤数目)。1通道中的光纤标号为1发,1收,2发保护。2收保护;2通道中的光纤标号为2发,2收,1发保护,1收保护,3收无保护。各标号的含义如下:在1通道中,1发、1收是1通道的工作光纤,2发保护,2收保护用作2通道工作光纤的保护光纤。在2通道中,2发、2收是工作光纤,1发保护,1收保护用作1通道工作光纤的保护光纤,3收无保护表示没有保护光纤。各接收光纤经过97:3分光器后接入光功率监测单元,光功率监测单元主要完成光电转换、电信号放大、AD转换功能,然后送入ARM处理器,由其上的Linux操作系统完成对采样信号的检测判别,当判断光纤有发生故障后,ARM启动开关控制单元,控制光开关把通信线路从故障光纤切换到保护光纤,并备份故障日志。同时通过网络通信单元向监控中心传递故障信息,通知哪条线路需要及时抢修。并且控制模块可接收上位机发送的切换命令,从而能够实现对目的光路的主动切换。
3 系统的设计与分析
3.1 通信模块的设计与分析
系统的下位机与上位机的通信室通过套接字实现的,下位机通过套接字接收上位机发来的控制位以实现相应的动作,并且通过套接字把相关的状态信息反馈给上位机客户端。流程图如图3所示。在把相关的信息反馈回上位机之后,使套接字程序自动跳转到接收控制位数据处,以便能够循环地、连续地接收从上位机发送过来的控制位数据。
3.2 光功率监测与模数转换模块的分析
通过3:97的光分束器,分得3%的光功率,对通信链路上的光功率进行计算与监测,当发现实际的光功率小于正常通信光功率的最低阈值时,系统自动判定该通信链路发生故障,已经严重影响到了正常的通信,随即将该链路自动地切换到事先定义好的保护光路上去,以保证正常的通信。其示意图如图4所示。
ARM处理器通过SPI接口,以全双工的方式实现与A/D转换模块的通信。首先,ARM处理器通过轮询的方式向A/D转换模块分别写入8个不同的选择信号,以分别选择8个光功率的监测单元。例如:当ARM处理器发送选择第一路光功率监测单元的信号时,SPI口的读端读到的数据即为第一路光路功率监测的相关数据,之后,处理器根据先前通过SPI接口读端读到的数据与先前系统定义好的切换逻辑判断是否将当前的光路切换到相应的保护光路上去。
3.3 光开关模块的设计与分析
光开关模块中的光开关是通过串口与ARM处理器进行通信的,当ARM处理器接收到光功率监测模块或者上位机发来的切换信号时,当前光路就会自动的切换到相应的保护光路上去,示意图5所示。
如图5所示:把光开关(1)与光开关(2)各自的通道1相连接,作为日常的通信光路;把光开关(1)与光开关(4)各自的通道2相连接,作为备用的保护光路。ARM通过串口与这三个光开关通信。系统开始工作时,自动地打开光开关(1)与光开关(2)的通道1,开始正常的工作。当此工作链发生故障时,光开关(1)与光开关(4)同时打开各自的通道2,使得通信链路切换到备用的光路上去,从而保证正常的通信。
3.4 保护光路定期检查策略的设计与分析
当前的通信链路出现故障时,必须保证对应的保护光路无故障,才能保证通信的正常进行。基于此,需要设计一种保护光路的定期检查策略,从而使得当前的工作光路能够周期性的切换到备用的光路上去,用以定期的检查对应的保护光路是否完好无损。对此,可以利用Linux下的cron服务来对此进行设计。例如:每个星期的周一上午九点整当前的光路切换到备用的光路上去,运行一个小时后(即每周一的上午十点整)再自动的切换到之前的工作光路上去。具体的设计方法如下:
在终端键入命令:crond,即可启动刚才配置的服务。通过以上的配置,本系统就可以在每个月1号的上午9点整自动执行切换到备用保护光路上去,一个小时后又会自动切换到之前使用的工作光路上去,实现了保护光路的定期检查机制,从而保证了保护机制的稳定性与可靠性。
4 总结与展望
随着电力光纤通信的快速发展,人们对其光网络的生存性要求也越来越高,我们开发的基于ARM-Linux的光纤自动保护倒换系统的硬件部分集成了光纤光功率自动监测技术、光路保护倒换技术、保护光路定期自动检查的机制,实现了故障光纤的自动保护倒换、故障通告等功能,大大提高了光纤线路管理和维护的效率,因而具有很好的应用前景。该产品应用在实际应用中,能有效的降低光纤维护的难度、帮助用户改善光纤线路维护效率。
参考文献
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风雨阳光路 第2篇
一、迷惘与沉思
记得几年前，我刚踏上工作岗位，“教育科研”对我来说是完全陌生的。当时我带着满腔热情与自信走上了讲台，自我感觉良好地做着两件事：一是带好班级，二是将教材上的知识依据教学大纲要求传授给学生。那时我自认为只要把书本上的知识正确地传授给学生，学生能掌握书本上的所有知识，就能取得一个好的成绩。因此，我每天卖力地备课，每天沉浸在机械、枯燥的上课之中，沉浸在没完没了的作业批改之中。单调的教学竟然使我班的成绩每次考得还不错，我也因此受到了学校领导的表扬。为此，我还沾沾自喜过好一阵子呢！
2010年我执教四年级，换了班级，换了办公室，我们办公室有一位很有教学经验的老师——于老师。相处了一段时间，我发现于老师每天都是准时上下班，上课从不拖堂，课余时间也不像我一样每天有批改不完的作业，一副轻松自在的样子，有时，她还因下乡送课或做报告几天不能给学生上课。我想她班里的成绩一定会受到影响。可每一次考试的结果都让我大吃一惊，我觉得我应该好好地反思一下自己的教学了。
在一阵阵的困惑迷惘之中，我开始苦苦寻找答案，但却始终不得要领。我向经验丰富的老师请教教学方法，她们都毫无例外地告诉：我课外要多读一些关于教育教学理论的书。虽然心里有些疑惑，但最终我还是把这类书籍买回家，细细地看了起来。正所谓“柳暗花明又一村”，从书中我惊讶地认识到，要想提高学生成绩，就得从教育科研上找方法、找出路。课堂教学也要讲究方式方法，首先要让学生对语文感兴趣，课堂上应该创设各种各样的学习情境，使学生喜欢上语文课。而教师也不应该以“知识的权威”自居，而应该与学生建立一种平等的师生关系，让学生感受到学习是一种平等的交流。仔细回味一下，我才恍然大悟，以往的教学虽然取得了一点小小的成绩，但是对于我自己，并没有多少乐趣可言，也谈不上什么成就感以及个人的专业成长和进步，我只是在为了上课而上课，为了教学而教学。我醒悟了，我要向身边的榜样学习，走教科研的道路。
二、 探索与前进
从那以后，我经常向有教育经验的老师请教，听他们上课、评课，请他们指导。我借阅了大量的教育教学书籍，开始如饥似渴地汲取知识的营养，还经常在上课之后对自己的教学进行反思和小结，促使自己不断进步。在这些优秀榜样和先进理念的作用下，我开始逐步地改变自己的教育教学方式，体验和学生共同成长的乐趣。在课堂教学这块教科研的主阵地中，我努力做到：
1. 激发学生学习兴趣，课堂教学方式尽量多，让学生乐学、爱学。
2. 注重培养学生自主探索、合作交流的能力，培养学生自主学习的能力，让学生真正成为课堂的主人，让学生在学习中发现问题，思考问题，解决问题。教学中，我经常说的话是“你发现了什么？”“你从中能得到什么信息？”“你能解决吗？”“相信你会有办法的。”
3. 联系生活，培养学生用语文的能力。语文来源于生活，又要运用于生活。我非常重视引导学生利用生活经验学习语文，同时引导学生把所学的语文知识应用到生活中去。
经过一段时间的教科研探索和实践，我更加清醒地认识到，语文学习是师生教学相长、共同发展的一个过程。在学习中，学生的语文意识逐步培养起来，开放的课堂环境激发了学生的思维，他们的创造性得到了较好的培养，潜能得到了发挥。对于我自己来说，我不再是权威命令下的教书匠，而是成为设计自己专业发展的主人，我的心情变得舒畅，潜能开始得到释放。
几乎就在同时，学校承担了一个市级课题——《小学语文作业的有效性研究》，我参加这个课题研究的同时，又给了自己一个新的课题研究——《小学语文有效课堂研究》，我用学校进行市级课题研究的方法进行我自己的课题研究。在这两个课题的研究过程中，我学到了很多有关课题研究方面的本领。我知道了课题就是从平时的教育教学实践中遇到的问题中产生的，一项课题，往往就是围绕一个或几个问题而进行的，要么是对一种理论、理念的验证、实践研究；要么是对一种经验及方法的推广、应用研究；要么是对某种方式、手段的探索、尝试研究；要么是对某个问题解决方法的行动研究。所以，我们可以把发现问题与选定课题结合在一起。我对课题的实施操作方法也有了一个比较清晰、完整的了解，开展一个课题应重在实施过程，而且要注意积累有关资料。就这样，我边学习、边研究，边积累，不懂就问。日积月累，通过课题的研究，让我更全面地看到了自己在教学中的不足之处，也让我看到了提高教学效率，提高育人质量的有效途径——走教科研之路。
三、机遇与成长
今年，学校又开展了有效课堂教学模式的研究，刚开始，我对教学模式这个概念非常模糊，于是，我查阅了很多关于有效教学的资料，希望从中得到一些启发。有付出就会有收获，在查阅资料的过程中，我了解了很多成功的教学模式：如钱梦龙老师的“语文导读教学法”“三环七步教学法”“271”教学模式、……以前曾读过王崧舟老师的成长自述，他说自己成长很重要的一招是“实录还原法”，他喜欢收集课堂实录，特别是名师的实录。收集之后，把实录还原成教学设计，然后把教学设计还原成教学理念，然后再把理念还原成设计，把设计再还原成实录。这样一个来回还原的过程，对于修炼自己在课堂教学中“上得了天”——就是有思想，“下得了地”——就是有技术，帮助很大。我一直想学会这一招，可就是苦于把教学设计还原成教学理念，我感到无从下手。在这次有效课堂教学模式的研讨中，我终于明白了教学理念的精髓——教学模式、教学方法。真是“柳暗花明又一村”，我也可以像大师一样将教学设计还原成理念，学习名师教学艺术的精髓。在深入进行教学研究的过程中，不可能是一帆风顺的，每一次研究，每一次改动，都是辛勤汗水的结晶，研究得越深入，迷茫越多，待到云开雾散时，我有许多惊喜、许多收获。
最后，在我们课题组老师的共同努力下，形成了“成果·激励式五步教学模式”，这是我们全体课题组老师集体智慧的结晶。
在不断努力下，我的文章也开始不断地出现在报刊上，有的论文还获得了国家级奖项。回望自己的教育成长之路，历经风雨几载，细思量，自难忘。从一开始的无所适从，到后来的渐入佳境；从一开始的抱怨连连，到后来的掌声不断；从一开始的消极、被动地适应，到后来的积极、主动地参与，可谓经历了一个从无奈、到理解、到投入的过程。我的教师观、学生观、教材观、教学观等发生了全面的变化。此刻，我不敢说我在教育科研方面干过什么轰轰烈烈的大事，不敢说已取得了什么显著的成绩，但至少可以说，教育科研伴我走过沼泽泥泞，帮我度过困惑迷茫，陪我找到问题答案，记录我成长的踪迹。我坚信，在教育科研这块园地里，只要行动，就有收获！俯首白云深似海，抬头又是一重天。我将继续满怀诗意和激情，在科研这条幸福的道路上奋然前行！让梦想在灯火阑珊处起飞吧！
转台内部光路测试系统设计 第3篇
被测转台是一种复杂的集光机电一体的现代化设备.可实现二维旋转即水平旋转和俯仰旋转.由于各个反射镜和指示光安装位置存在公差, 导致指示光光轴与转台旋转轴存在夹角, 当转台绕着旋转轴旋转时, 指示光与理想出光方向形成偏转角, 水平瞄准和俯仰瞄准出现误差.转台的瞄准性能直接关系到试验任务的可靠性和置信度.为了转台内部光路达到使用要求, 设计了一套转台内部光路测试系统.
1 转台组成及功能
转台安装有CCD图像采集设备、测距机、4块平面反射镜, 指示光先经过第一个反射镜反射到转台内部, 在转台内部经4次反射后射出, 如图1所示.
2 转台精度要求
转台出光口距探测物体为f时, 光束中心偏离探测物体中心距离为h.根据公式:
3 测试系统组成及原理
3.1 测试系统组成
测试系统如图2所示, 包括:测试架、离轴抛物镜、斜方棱镜、平面反射镜、聚焦像面.
测试架安装在转台上方, 为了校正指示光与转台的夹角, 在测试架上安装离轴抛物镜、斜方棱镜、平面反射镜、聚焦像纸板, 利用离轴抛物镜在其焦面处汇聚的原理来观察指示光光斑位移, 计算出指示光光束的偏转角.
3.2 测试系统原理
离轴抛物镜因具有独特的无像差平行光速光学性质, 利用其工作原理, 一束平行光经离轴抛物镜反射后, 汇聚在焦点[2].如图3所示.
3.2.1 离轴抛物镜
离轴抛物镜接收第二面平面反射镜反射出的指示光光束, 经它反射后汇聚在焦点.
3.2.2 斜方棱镜
当光线通过斜方棱镜时, 发生全反射[3].利用这个原理在校正CCD瞄准误差时, 将斜方棱镜 (如图4所示) 切入, 改变光路观察方向, 观察聚焦像面上的指示光光斑中心是否与十字线中心重合.
3.2.3 平面反射镜
第一面平面反射镜作用将指示光光束从测试架下面反射到测试架上面, 在经第二面平面反射镜反射到离轴抛物镜上.
4 测试步骤
4.1 调整指示光光束与转台Y轴平行
开启指示光, 指示光光束经过平面反射镜反射到离轴抛物镜上, 再经离轴抛物镜汇聚在焦点处, 焦面像纸上出现指示光光斑.保持俯仰位置不变, 将转台以上一个位置为基点, 水平旋转180°, 开启指示光, 焦面像纸上再次出现指示光光斑.用游标卡尺测量2个指示光光斑中心的距离.调整发射镜1的位置来计算出位移量.
根据转台精度要求
δ1为指示光光束与转台Y轴夹角的误差;δ2为指示光光束与转台X轴夹角的误差;δ3为指示光光束与十字瞄准线的误差.
4.2 调整指示光光束与转台X轴平行
开启指示光, 指示光光束经过平面反射镜反射 到离轴抛物镜上, 再经离轴抛物镜汇聚在焦点处, 焦面像纸上出现指示光光斑.保持方位不变, 将转台俯仰旋转30°, 开启指示光器, 焦面像纸上再次出现指示光光斑.用游标卡尺测量2个指示光光斑中心的距离.调整发射镜4位置来计算出h的位移量.
4.3 调整指示光光束与显示器十字线重合.
当指示光光束与转台X轴和Y轴平行, 将斜棱切入测试系统, 观察像面光斑位置.调整发射镜5, 使十字线中心与指示光光斑中心重合.
5 系统误差分析
当转台旋转时转台存在轴晃动量, 因为轴晃动量远远小于系统误差, 所以将离轴晃动量忽略.
假设δ1和δ2误差相等, 那么
δ1主要误差来源有离焦量ϑ、位移量h, 则公式
由于θ的存在导致了焦面的离焦量[5].D取2 mm, f′取800 mm, 当离焦△1 mm时, θ3.1210-3mrad.由于θ远远小于2 mrad, 所以忽略不计.斜方棱镜的加工误差为30″即0.145 mrad.
根据
6 结 束 语
经过上述误差分析得出系统误差远远小于转台精度要求, 测试系统的误差对系统的测试精度几乎无影响.测试系统利用离轴抛物镜的工作原理, 对转台精度进行校正.由于增大了系统焦距使测量精度有很大的提高, 而且更方便直观地观察到结果.不仅提高了测试精度, 而且提高了工作效率.
摘要：介绍了转台的组成和功能.利用一束平行光通过离轴抛物镜时汇聚在焦点处的工作原理设计了一套测试系统, 用来调整转台内部光路瞄准精度.使用测试设备观察指示光光斑位移量, 调整几片反射镜位置使其达到瞄准精度要求.为了减小测试系统的测量误差, 对离轴抛物镜焦面的离焦量做了严格的控制, 并对测试系统中可能带来的误差进行了分析.
关键词：测试系统,离轴抛物镜,误差分析
参考文献
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春风化雨阳光路 第4篇
俯瞰今日牡丹区,可以看到一幅美妙的画卷:郁郁葱葱的绿树带伴舞着一条条宽直的公路,纵横交织,四通八达,把1400多平方公里的城、乡紧密地联成一体,如血管,似经脉,以强有力地搏动,展现出这方热土勃勃的生机。
当人们激动于这幅大自然美妙的写意时,就不由地想起绘制这宏伟蓝图的能工巧匠、牡丹区交通系统的带头人——何晓文。
自2002年3月何晓文任牡丹区交通局党组书记、局长以来,牡丹区各项交通事业得到迅猛发展。其中有他奋斗不息的日日夜夜,付出的巨大艰辛以及洒下的热血和汗水。几年来,何晓文情注交通,模范带领交通员工,开拓创新,负重奋进,开创了交通工作新局面,铺就了小康之路,以实际行动吟唱了一曲践行“三个代表”重要思想的时代壮歌。2003年,在区人大组织的述职评议中获优秀等次,2003年以来,区交通局连续被省交通厅、省文明委评为“省级文明单位”,被市交通局评为地方公路建设先进单位,他本人连续四年被市交通局评为“先进个人”,并荣立二等功一次。
何晓文以思路清晰和创新能力强而著称全区。2002年3月,牡丹区交通发展走在了十字岔口,困难重重,举步维艰,干部职工情绪不稳定。面临严峻挑战,组织上郑重决定调任他为交通局党组书记、局长。临危受命,他沉着智慧,改革创新,务实进取,很快理顺了情绪,统一了思想,协调了关系,交通系统出现了风正、气顺、心齐、劲足干事创业的良好局面,各项工作步入了健康快速发展的轨道。
改革有动力,创新才能发展。何晓文注重向改革要活力、添动力。他一改过去能上不能下的干部任用旧机制,大力推行动态管理新机制,实行竞争上岗、优胜劣汰,能者上,平者让,庸者下,以政绩论英雄、定位子,积极营造“外有压力、内有动力、充满活力”的工作氛围,先后有一大批肯干事、能创业、政绩突出的年轻同志被提拔到重要岗位,并发挥了先锋模范作用。目前,牡丹区交通系统业务科室竞争上岗率达到了100%,青年干部起用率达到了80%以上,形成了老、中、青有机结合、知识与技能互为补充的人才梯队。同时,也有一部分中层干部因工作不力被诫勉。俗话说,一子带来全棋活。交通系统个个思进,人人上进,比干劲,比奉献,比业务,比能力,蔚然成风;拖拉、懒散、扯皮、混天聊日,惹事生非的没了市场,心往一处想,劲往一处使,同舟共济创大业,成为交通系统的主旋律。
事业成败关键在人。交通队伍,人员多,摊子大,素质不一,良莠不齐,稍有松懈,就出问题,必须建设一支政治合格,素质过硬,纪律严明,作风优良的交通队伍。为此,何晓文非常注重队伍建设,把“建一流班子、带一流队伍、创一流业绩、树一流形象”作为交通工作的头等大事,时刻放在心上,牢牢抓在手上,强根固本,夯实基础。制定了旨在全面提高交通队伍整体素质的教育培训计划,采取集中学习与分散学习相结合,不间断地组织干部职工学习交通法律法规和业务知识,强化执法培训和职业道德教育,每年拿出三个月的时间开展思想、作风、纪律整顿和以“三个代表”重要思想、社会主义荣辱观为主要内容的实践活动,交通队伍的理想信念,执法水平,法制意识,业务技能和服务水平在潜移默化中得到逐步提高,成为交通事业实现跨越式发展的动力之源。
“牡丹区率先突破,交通必须先行”是何晓文提出的响亮口号,也是对全体交通员工的基本要求。
发展经济需要优良环境。交通部门作为窗口行业,其作风如何、服务水平高低直接影响着政府形象。为给全区经济发展提供良好的交通环境,他首先从加强交通队伍作风建设、治理交通系统公路“三乱”入手,把“三乱”作为重点,深入查纠侵害群众利益的行业不正之风,明确提出“谁作风不正就治谁、谁制造‘三乱谁下岗”。何晓文始终遵行“严以律己、当好楷模”的原则,凡要求别人做到的,自己首先做到;凡要求别人不做的,自己坚决不做。他带头做严以律己、廉洁勤政、拒腐防变的表率,为自己制定了“十不准”请群众监督,先后拒绝和退还他人“赠送”的物品和现金达10余万元。他以清正廉洁、秉公办事的实际行动影响和感召了交通员工,全系统坚持严格执法,依法办事,自觉抵制各种腐蚀和诱惑,连续多年未发生一起公路“三乱”现象,得到了省、市、区各级领导的高度评价。何晓文坚持走“以法治交,以德兴业”的路子。为维护好、发展好道路运输市场秩序,他多次深入一线,调查摸底,反复研究修订整治方案。持续开展了以打击“四黑”、“三无”车船运营和各类违章运输现象为重点的治理整顿活动,集中治理了影响交通安全的“双超”车辆。经过“铁腕”整治,全区道路运输市场秩序得到明显改观,群众根本利益得到较好保护。
加快地方公路建设,是交通部门的重要职责之一,也是帮助群众尽快踏上小康之路的首要举措。2003年,国家启动农村公路改造计划,为改善全区交通环境提供了千载难逢的机遇。何晓文紧盯这一“民心”工程不放松,迅速组织力量,摸清底数,作出概算,拿出了全区公路建设实施方案和工作措施,在第一时间向区委区政府作了汇报,并上报省市有关部门。面对区财政捉襟见肘的困难状况,为争取优惠政策,他和区领导不知跑了多少趟济南,说了多少遍好话,碰了多少次钉子;本来多病缠身的他,有时拔掉输液器就连夜奔赴省有关部门,经常在路上大把大把的吃药。
为把好事办实、实事办好,真正办成民心工程、德政工程,
何晓文穿梭于政府和乡镇之间,加强沟通协调,区里成立了区委书记尹玉明任政委,区委副书记、区长丁志刚任指挥长,副区长蔡文厚任副指挥长的农村公路改造指挥部,各乡镇办事处也成立了相应的组织机构和班子,形成了区、乡、村三级联动,齐抓共管的良好工作局面。
为从源头上修好路,何晓文严格落实招投标政策,提高建设市场准入门坎,加强对进入“村村通”建设市场施工队伍的资质审核。凡大资质小队伍,冒名顶用他人资质,技术人员、设备不足或履约能力差的,一律不准参加农村公路改造招投标活动。同时,积极邀请区检察院、纪委、审计局等全力监督,择优选用一批资质高、信誉好、实力强的施工队伍。
农村公路建设的成败在质量。何晓文和所有参建人员牢固树立“质量重于泰山”、“百年大计、质量第一”的思想,进一步强化质量监督,从工程立项到竣工验收,从原材料到每一道施工工艺,他们始终做到责任明确,措施具体,全程监控,不留死角,不留隐患。为加强质量管理,专门抽调了从事道路修建工作多年、富有工作经验和具有专业技术师资格的同志具体负责质量监管,让各村也都选派1—2名责任心强的村民代表担任监督员,建立了“政府监理、企业自检、群众监督”的三级质保体系。对发现的质量隐患,及时督促整改;不合格工程,坚决推倒重来,最终实现了工程优质、人员优秀的目标。
春风化雨阳光路。自03年以来,全区累计投资3亿元,修建、改造农村公路2061公里,使648个行政村、1368个自然村新通了柏油路,直接受益群众达80万人以上。2008年底,全区村村通油路率达到97%以上,这四年改造的农村公路相当于前30年修路总和的6倍还多。同时,还完成改建28座窄危桥和建设黄河浮桥任务。全面实施了村村通客车工程,村村通客车率达到90%以上。几年来,全区工程投资、完工里程、通村数量、公路密度和桥涵建设等都开创了牡丹区农村公路建设史上新的里程碑,为全区公路建设谱写了辉煌一页。
金杯银杯不如老百姓的口碑,金奖银奖不如老百姓的夸奖。“路通桥通民心通”,走上小康之路的广大群众纷纷送来锦旗、牌匾、感谢信。何晓文和交通局先后收到锦旗牌匾400余面块,感谢信36封。
六年改革创新、拓展兴业之路;六年呕心沥血、绘制发展蓝图。
光路保护 第5篇
用电信息采集是电网智能化建设的重要一环,采用SDH/MSTP+EPON的组网方式是符合电网当前和未来的最佳方案,系统省去了骨干层另行配置交换路由设备的投资,充分利用现有的骨干通信网资源,并最大限度保留原有营销用电采集的投入。采用EPON光纤接入方式替换原有GPRS通信回传方式,对智能电表采样通信系统保留原有模式,既实现了用电信息采集的大容量、光纤化“高速公路”,同时为未来各项智能用电业务也预留了带宽资源[1,2,3,4]。
如何在EPON建设过程中结合电网本身的特点来统筹实现整个系统的光缆网络建设,对工程的建设、成本、维护都有着重要意义。本文根据宁夏电力公司吴忠供电局(吴忠局)在EPON建设中总结的经验,就用电信息采集系统的EPON光路建设思路进行了相关探讨。
1 用电信息采集EPON系统的网络框架与系统特点
1.1 用电信息采集EPON系统的框架
EPON是一种点到多点结构的无源光纤接入技术,具有高带宽(1.25 Gbit/s)、长距离传输(20 km)、环境适应性强等特性。目前35 kV及以上变电站基本具备了通过MSTP/PTN等骨干光纤网络向下延伸的网络基础,EPON无疑可以满足全光通信的建设需求。EPON灵活的组网方式完全吻合配用电网的分布式结构,并且可以根据现场需要灵活地更换光分路器或预留光纤资源实现新增监测节点的扩容。EPON的成熟技术及组网特点使其成为智能电网接入网建设的最佳技术选择[5,6,7,8,9,10]。
用电信息采集系统终端包括公专变和用户电表。光网络单元(Optical Network Unit,ONU)覆盖公专变节点、小区楼宇电表。系统应用如图1所示。
用电EPON系统ONU可以直接通过485总线与智能电表连接,也可以与采集器/集中器进行连接。光线路终端(OLT)设备置于变电站,数据信息通过电力Ⅳ级通信网传送到地市、网省的信息中心。
从光路建设来看,用电信息采集EPON系统的光纤从小区楼宇到变压器节点,然后通过整个配电线路最终到达变电站,如何保证EPON光路在每个节点都符合功率预算,并且利于施工、方便扩展和利于后期维护,需要对系统光路做细致的规划。
1.2 电力EPON的光路系统特点
从网络拓扑结构来看,用电信息采集EPON系统的上游为变电站的SDH/MSTP光纤通信系统,下游为用户电表的信息采集系统。用电信息采集系统光纤网络必须通过10 kV配电线路到最终用户节点,因此根据电网系统特点,需要对110 kV变电站节点、配网节点、公专变节点、单元楼节点等线路典型节点的光缆施工进行细致的分析和讨论。
综合应用、成本和施工方面,根据当前吴忠局EPON建设的经验,我们建议10 kV配电线的主干光缆为48芯,其中8芯分配给配电信息系统的EPON系统,剩余的给用电信息系统使用,系统需要考虑一定的预留光纤。
如果某条10 kV配电线中用电信息采集EPON系统的PON接口数目少于可用光缆的一半数目时,可将OLT设备放置于变电站,这样的好处是:OLT设备采用商用级,可以集中配备而降低整体系统成本。以10 kV主干48芯光缆为例,如果此线路的小区用户用电的PON接口数目小于20个时,将OLT设备置于变电站。
如果10 kV小区用电信息采集系统的PON接口数目较大(大于用电可用光缆数目的一半),需要将OLT设备下沉。以10 kV主干48芯光缆为例,如果此线路的小区用户PON接口数目大于20个时,需要将OLT设备下沉。
通过实践,我们得到下面的光缆链路原则:
(1)10 kV主干线路上110 kV变压器节点到配网节点铺设48芯光纤。
(2)配网节点到公专变节点铺设24芯光纤,如果条件允许也可以铺设48芯光纤。
(3)公专变节点到单元楼节点铺设12芯光纤。
2 各节点光路设计
下面针对不同的节点给出具体的光路设计思路,并对最终用户楼宇解决做出详细描述。
2.1 变电站节点设计思路
110 kV变电站节点是骨干SDH/MSTP的网络节点,也是10 kV线路的EPON局端节点以及10 kV线路上光缆路由汇聚的节点。
110 kV变电站节点网络通讯设施包括设备机柜、ODF架、EPON OLT、SDH/MSTP网络设备。用电采集系统OLT通过三层交换机汇聚,汇聚后业务通过千兆光口连接到SDH/MSTP网络设备的EOS端口。10 kV线路上的光缆通过ODF架汇聚于变电站,通过跳纤和OLT的PON接口相连。
2.2 配电节点设计思路
配网节点包括环网柜、柱上开关或开闭所等。
配网节点为到公专变24芯光缆和10 kV主干线路48芯光缆交接处,该节点配置光缆交接箱实现光纤跳转。
如果用电信息采集EPON系统的光缆在配电节点直通时,在配电节点可以采用T接的方式,将48芯光缆(包括进线和出线)利用光缆终端盒T接出4芯,其余44芯直接熔通。
当10 kV主干线路覆盖小区PON接口数目大于主干纤芯的一半时,在配网节点下沉OIT设备,此时需要考虑下沉OLT设备在配电节点的安放位置和连接方式。
2.3 公专变节点设计思路
公专变节点一般采用24芯光纤连接至配网节点,12芯光纤连接至每栋单元楼节点,此处配置室外型光缆交接箱。光缆进线与出线全部利用光配单元熔断,利用跳纤将业务接通。
光缆交接箱内配置光配单元、熔纤盒、2个分光器(预留1个均分、1个非均分的位置)、1台ONU、1个电源分配单元。均分分光器用于连接单元楼节点ONU、非均分分光器用于连接光缆交接箱内ONU。光缆交接箱光配单元容量可选为48端、72端、96端、144端。如果实际光配单元容量超出144端,需另立1个光缆交接箱。
不同公专变节点覆盖的小区楼栋数量、类型、分布不同,光缆交接箱需根据需求配置光配单元容量,以节约系统成本。
2.4 单元楼节点设计思路
单元楼节点是EPON网络的末端,每个单元安装1台ONU综合通讯箱,ONU综合通讯箱作为本单元楼栋的汇聚节点。
ONU综合通讯箱内放置光纤熔纤盒、1个ONU、1个12端光配单元、交流供电模块。下面我们以单元楼节点设计为例,详细介绍光缆的布放和跳接情况。
图2为单元楼节点EPON网络链路连接示意图,以城区典型小区楼宇4单元多层为例,可考虑选择中间单元作为该楼栋的汇聚节点。
公专变12芯光缆铺设至楼栋汇聚节点单元综合通讯箱,成端2芯纤芯连接该单元ONU,预留1芯纤芯备用;汇聚节点单元综合通讯箱和其他单元综合通讯箱通过12芯光缆(铠装光缆、皮线光缆或室内/室外通用型光缆)连接,直融2芯纤芯。
3 光分配网络(ODN)的原则和工程计算
3.1 ODN设计原则
ODN的设计对EPON网络光功率预算较为重要,对整个网络的影响也较大[8,9,10]。因此,我们在光路建设的时候,既要考虑分光器的分光比和放置位置,同时也要考虑光纤损耗、接头损耗并且预留一定的光功率,保证每条链路ONU接入点接收光功率控制在-20dBm以内。
光路系统的通用要求:
(1)最大传输距离20 km。
(2)无论是否经过分光器衰减,ONU处的光强度必须大于ONU的光灵敏度5个dB,避免接近临界值,所以给予2 dB的冗余量。
(3)光功率不能超过ONU饱和光功率,如果功率过大,需要添加衰减器(ONU的饱和功率在-6 dB上下)。
满足以上3个条件基本可以保证EPON光路正常。实际工程施工前需要对各节点接收功率做理论计算,下面为线路损耗工程理论计算公式:
链路总衰耗=光纤距离(km)Af+适配器(法兰)个数Ac+熔接头个数Ar+冷接头个数Al+分光器插损值+Mc
其中:Af为光纤线路衰减系数,Ac为活动连接器衰减,Ar熔接点衰减值,Al冷接端子衰减值,Mc=富裕度。
OLT PON模块(1000BASE-PX20D)的平均发射功率为+2～+7,工程计算取2 dB。
Af:在PON网络中推荐使用G.652光纤,该光纤应用广泛、种类齐全、价格便宜,满足PON网络要求;1310nm:0.36 dB/km;1 490 nm:0.22 dB/km;工程计算可统一取值为:0.4 dB/km。
Mc取值原则如下:
(1)当传输距离5 km时,不少于1 dBm;工程计算可取2 dBm。
(2)当传输距离10 km时,不少于2 dBm;工程计算可取3 dBm。
(3)当传输距离>10 km时,不少于3 dBm;工程计算可取4 dBm。
连接点损耗计算(工程计算估计):
(1)Ar:0.08 dB/个,工程计算可取值Ar=0.1 dB/个。
(2)Al:Al=0.15 dB/个。(3)Ac:Ac=0.2dB/个。
3.2 ONU节点光功率举例
以吴忠局北郊变110 kV下挂古城湾小区为例,系统线路如图3所示。
如图3所示:北郊变OLT上联数据信息通过电力Ⅳ级通信网传送到地市、网省的信息中心;下联通过48芯光缆,由北郊变ODF架至古城湾小镇分支箱处光缆交接箱,采用T接的方式,将48芯光缆(包括进线和出线)利用光缆终端盒T接出4芯,用于本次项目,其余44芯直接熔通,延伸至10 kV线路。由于本次项目,公专变节点和配网节点距离相近,因此直接从单元楼铺设12芯光缆成端至古城湾小镇分支箱处的光缆交接箱,省去公专变节点。在古城湾光缆交接箱内,安装1:8分光器,通过跳纤和单元楼过来纤芯调通。图3中抽出A、B、C、D 4个ONU节点举例说明。
ONU接收侧光功率=OLT发射光功率-光路损耗
光路损耗=所有分光器插损值之和+光纤长度(km)0.4+熔纤点数目0.1+冷接点数目0.15+法兰盘个数0.2+工程富裕度
A链路总衰耗=11 (1:8分光器工程损耗值)+5.150.4+40.1+50.2+2=16.46 dB,A节点接收光功率=2-16.46=-14.46 dBm。
B链路总衰耗=11 (1:8分光器工程损耗值)+5.20.4+40.1+50.2+2=16.48 dB,B节点接收光功率为2-16.48=14.48 dBm。
按此计算方式,所有节点计算结果如表1所示。
表1计算结果显示,ONU接收光功率均在-20dBm以内,而且有一定的富裕,系统未来增加节点时,直接增加分光器与终端ONU设计即可,以保证网络具备良好的扩展性。
4 结语
本文根据宁夏电力公司吴忠供电局在EPON用电信息采集系统建设过程中的一些经验,针对电力网络的特点,按层次总结了4类典型EPON光路施工节点,并且给出各段光缆配置情况,系统不仅满足当前用电信息采集系统的应用,同时预留的接口和带宽可以兼顾今后电力光纤到户(PFTTH)的开展;其次,光缆链路遵循电缆走向,部署快捷,开通简便,方便施工人员操作与维护;最大限度节省重新开挖铺缆所带来的费用。
同时本文按照总结的节点光缆配置情况,结合实际案例,给出工程光功率预算的计算过程,对今后EPON通信系统建设有参考价值。
摘要：电力EPON通信系统是用电信息采集的回传“高速公路”。如何针对电网自身特点,统筹整个EPON光纤通路的设计思路,对整个网络的建设、成本、维护都有着重要意义。根据当下宁夏电力公司吴忠供电局在EPON建设中总结的经验,就用电信息采集系统的EPON光路建设思路进行探讨。
关键词：电力EPON系统,光纤通道,光路节点设计
参考文献
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[7]黄磊,李淑静.用电信息采集与管理平台[J].农村电气化,2009,(3):31-33.
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[9]赵旸.大规模FTTH建设背景下,ODN建设需加强规范[J].电信网技术,2012,(5):46-48.
数控激光切割机光路补偿措施的探讨 第6篇
与传统的氧乙炔、等离子等切割工艺相比,激光切割速度快、切缝窄、热影响区小、切缝边缘垂直度好、切边光滑,同时可激光切割的材料种类多,包括碳钢、不锈钢、合金钢、木材、塑料、橡胶、布、石英、陶瓷、玻璃、复合材料等[1]。随着市场经济的飞速发展和科学技术的日新月异,激光切割技术已广泛应用于汽车、机械、电力、五金以及电器等领域。近年来,激光切割技术正以前所未有的速度发展,每年都以15%~20%的速度增长。我国自1985年以来,更是以每年近25%的速度增长。当前,我国激光切割技术的整体水平与先进国家相比还存在着不小的差距,因此,在国内市场激光切割技术具有广阔的发展前景和巨大的应用空间[2]。
激光切割机在切割过程中,光束经切割头的透镜聚焦成一个很小的焦点,使焦点处达到高的功率密度,其中切割头固定在z轴上。这时,光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分热量,材料很快被加热到熔化与汽化温度,与此同时,一股高速气流从同轴或非同轴侧将熔化及汽化了的材料吹出,形成材料切割的孔洞。随着焦点与材料的相对运动,使孔洞形成连续的宽度很窄的切缝,完成材料的切割[3]。
当前,激光切割机的外光路部分主要采用的是飞行光路系统,其原理如图1所示。从激光发生器发出的光束经过反射镜1、2、3到达切割头上的聚焦透镜,聚焦后在待加工材料表面形成光斑。其中反射镜片1固定在机身上不动;横梁上反射镜2随着横梁的运动作x向运动;z轴上的反射镜片3随z轴的运动作y向的运动。从图中不难看出,在切割过程中,随着横梁作x向运动,z轴部分作y向运动,光路的长度时刻发生着变化。
目前,民用激光发生器由于制造成本等原因,所发出的激光光束都具有一定的发散角,呈“锥形”。当“锥形”的高度改变时(相当于激光切割机光路长度改变),聚焦透镜表面的光束横截面面积也随之改变。此外,光还具有波的性质,因此,不可避免地会出现衍射现象,衍射会使光束在传播过程中发生横向扩展,该现象存在于所有的光学系统中,能够决定这些系统在性能方面的理论极限值。由于高斯光束呈“锥形”和光波的衍射作用,当光路长度变化时,作用在透镜表面的光束直径时刻发生着变化,这就会引起焦点大小和焦点深度的变化,但对焦点位置的影响很小。如果焦点大小和焦点深度在连续加工中发生变化,必然会对加工产生很大影响,比如,会造成切割缝宽度不一致、在相同切割功率下会割不透或烧蚀板材等。
本文结合本公司ML3015数控激光切割机研发项目,通过对高斯光束空间传输特性及聚焦特性的理论分析,阐明了数控激光切割机飞行光路的光路长度变化必然引起焦点大小和焦点深度的变化。并对通常采用的三种光路补偿方法进行分析比较,设计了伺服电机直接驱动的等光程光路补偿方法。
2 物理光学分析
通常影响焦点大小和焦点深度的因素主要有:激光模式、球差和衍射。如果在对某个激光光束进行聚焦时使用的是一个“理想”透镜,那么焦点的大小将只受衍射作用的影响。因此,这里仅对TEM00模式(高斯光束)的激光光束的传播与聚焦理论进行分析。
高斯光束空间传输和聚焦的原理如图2所示。根据光束的强度分布理论,有:
式中:ω(z)距离发生器出口z处透镜上的
光束半径;
ω0高斯光束的束腰半径;
z透镜与发生器出口件的距离;
z0发生器输出光束的束腰位置;
θ0∞发生器输出光束的远程发散角。
根据高斯光束空间传输理论,高斯光束在传输过程中仍然保持高斯光束,且聚焦前后光束的束腰半径乘以远场发散角保持不变,为一常数,即:
式中:ω1光束经过聚焦透镜后的焦点光斑半径;
Kf表征光束传播特性的常数;
θ1∞光束经过聚焦后的远场发散角。
根据高斯光束的聚焦理论,波长为λ的高斯光束,在距发生器出光口距离为z处焦距为f的聚焦透镜聚焦后,焦点半径为:
焦点附近,光束横截面积为焦点处2倍的两个光束横截面之间距离称为焦深(瑞利深度):
式中:K光束的传播因子;
f透镜的焦距;
λ波长。
对ω1(z)微分,则有:
由式(5)可知:当,随着光程z的增加,光束的焦点半径ω1(z)减小。
对聚焦后的焦点深度ZRaleigh(z)微分:
由式(6)可知:当z>z0时,随着光程z的增加,光束的焦深ZRaleigh(z)减小。
3 光路补偿措施
3.1 利用扩束镜进行光束准直
由式(2)可知,光束的束腰直径和远场发散角成反比,束腰直径越大,远场发散角越小。目前扩束镜主要分为折射式和反射式两种,如图3、4所示,其原理相当于一个倒置的望眼镜。主要作用是通过增加光束的束腰直径来减小远场发散角,进而改善由于光路长度变化引起的焦点大小和焦点深度的不稳定。
目前,国内对光束准直方面的研究不多,其中大多数都是针对折射式的[4~6],反射式的研究较少[7]。折射式扩束镜的设计、加工、调整都较容易,但是由于透镜容易温升过大导致镜片变形,因此,折射式扩束镜仅仅适用于小功率激光的光束准直。而对于像激光切割机这样的大功率光束准直,一般采用反射式扩束镜。但反射式扩束镜的镜面曲率半径难以通过解析的方法确定,只能通过数值拟合的方法获得,因此,设计、制造、调整都很困难。例如,本公司曾使用的某德国品牌扩束镜实际效果并不理想,在使用过程中还会出现光束椭圆现象。为此,笔者认为通过扩束镜对光束准直的方法来对激光切割机的飞行光路系统进行光路补偿,效果甚微。
3.2 采用变曲率半径镜片(VRM)
VRM闭环控制系统原理如图5所示。通过调整变量泵的输出流量来改变VRM镜片内水槽中的水压,这样就可以改变聚焦透镜的曲率半径,进而改变聚焦方程中的参数f。变曲率半径镜片能够在光路长度改变时动态地调整光束的特征参数,来保持焦点半径和焦点深度的稳定。VRM系统结构复杂、成本高、需要闭环控制,国外一些技术先进的产品已经采用这种光路补偿措施。但是,国内现有技术水平,难以达到预期的使用效果。
3.3 伺服电机直接驱动的等光程系统
与上述两种光路补偿措施相比,等光程具有结构简单、成本低、调整方便等优点,能在连续加工中确保聚焦透镜上的光斑面积不变;同时,还能根据不同的切割工艺要求,改变切割时焦点半径和焦点深度的大小。目前,国内关于等光程方面研究还不多,如天津城市建设学院的扬晓东等[8],提出了光路长度补偿系统的三种机构设计方案,并从机构的角度对其进行了分析和比较,其方法的提出对激光切割机飞行光路的设计具有一定的指导意义。笔者认为,采用机构来实现光路补偿,会使设备的结构尺寸过大,同时增加了设备的复杂程度,安装调整难度大。随着伺服控制技术的日益成熟,采用伺服电机直接驱动等光程装置具有结构简单,调整方便等优点,是一种经济、实用的光路补偿方案。
伺服电机直接驱动的等光程光路补偿方案如图6所示:主要包括激光发生器、固定于机身上的反射镜1、伺服电机驱动的运动装置上的补偿反射镜2和3、横梁上的反射镜4、z轴上的反射镜片5。当固定在z轴上的切割头作x,y向运动时,补偿反射镜2和3作S向运动来补偿光路长度的变化,进而保持激光切割机在连续切割加工时焦点半径和焦点深度不变。当有不同加工需要时,比如切割不锈钢薄板与低碳钢厚板,需要不同的焦点大小、焦点深度、行走速度,此时,可通过控制器改变等光程装置的初始位置来改变光路长度,进而改变透镜表面光束直径,最终改变焦点大小和焦点深度,以满足不同加工需要。
4结论
本文通过对高斯光束经“理想”透镜聚焦的理论分析,说明了激光切割机飞行光路系统光路长度改变对焦点大小和焦点深度的影响,并对光束准直、可变曲率半径镜片、等光程三种光路补偿措施进行了综合分析比较。提出了通过伺服电机直接驱动的等光程光路补偿设计方案,该设计方案结构简单、易于实现、成本底、安装调整方便、不增加机身长度,是最经济、实用的光路补偿方法。
参考文献
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[7]李春霞,扬茂华,等.反射型扩束式场镜的设计[J].光学学报,1997,17(7):347-350.
一种多功能光路演示器的设计 第7篇
光透过凸透镜产生会聚、透过凹透镜产生发散、透过三棱镜产生折射等传播路径在空气中是不容易看到的,但可以采用一定的手段来证明。借助电脑来演示的方法只能把光的传播规律介绍出来,对学生的感官刺激还是不够强烈。烟熏显示法不够清洁环保,暗室演示法过于繁琐。
本研究项目就是针对已有教具的缺点来改良设计,改良后的装置要能够直观、形象地演示光的直线传播、光的反射,光透过凸透镜产生会聚、透过凹透镜产生发散、透过三棱镜产生折射等光的传播路径。
二、设计思路
1.把加湿器产生的雾化水充入“光路显示容器”里,以替换原来的烟熏显示
2.用颜色纯度高、能量高度集中的激光做光源,来显示光的各种传播路线
三、研究过程及方法
1.用 KT 板和黑色塑料制作一个内部是黑色的“光路显示容器”
2.用两只激光笔来制造平行光,两只激光笔有各自的控制开关
3.固定电源,以保证两只激光笔射出来的光接近或近似平行光
4.做好便于有效进行观测的带法线的平面镜、凸透镜、凹透镜、三棱镜及支架
5.在箱子后侧或旁侧的适当位置开一个小孔,用作加湿器雾化水的进入口
四、该项目创新点
1.改换传统光源,利用颜色纯度高、能量高度集中的激光做光源,光路显示清晰准确、形象直观
2.改用加湿器产生的雾化水做介质,以替换原来的烟雾,操作过程清洁环保,不污染环境
3.演示不受环境限制,在明亮的课堂上也能进行
五、使用效果
光路保护 第8篇
光学系统是经纬仪在整个仪器测量中重要的成像读数系统。经纬仪在日常使用过程中由于使用环境差及使用不当等诸多因素的影响, 难免会出现一些故障, 现以TDJ2光学经纬仪为例, 探讨经纬仪光学系统中常见的故障、分析、校正及排除方法。
光学系统
经纬仪在日常使用过程中因受到温度、湿度及工作环境的影响, 光学系统中光学元件和分划板表面会出现灰尘、生霉、生雾或润滑油蒸发依附着于元件表面、振动仪器内腔中不洁物附着于元件表面等现象。排除方法是:首先要判断光学系统中不洁面位置, 要想正确地拆卸光学元件, 在拆卸过程中必须要熟练掌握光学系统的组成、要求及特点。使用脱脂和清洁液乙醚、乙醇按1:3配制, 除去灰尘及油污等, 特别注意在装配过程中严禁用手接触光学元件。建议仪器在使用1～2年后最好能清洗1次。
测微系统
测微系统自滑的原因是弹簧过软, 拉力不够, 测微手轮与导轨齿条吻合过松, 导轨磨损使之配合间隙变大。排除方法是:把导轨齿条向外移, 加长3根自滑弹簧, 把导轨滑块向里靠拢, 适当加注润滑脂;
测微手轮与导轨配合间隙大可适当把测微轮座向里靠, 把导轨齿条向外移即可;
导轨变形或油脂干枯, 需重新研配、更换、清洗, 加适当黏稠度和厚度的油脂;
测微器与光轴不垂直, 造成读数窗视场内上 (下) 窗光线暗, 可把测微器下端向外 (内) 侧少量移动至测微器与光轴垂直为止;
测微尺与指标线有视差, 调整测微尺与小棱镜之间过大的间隙消除视差。
水平度盘、竖直度盘光路的故障
平、竖光路的故障不外乎棱镜和透镜位置的走动、长霉、脱落、破碎、光轴中心改烃及棱镜和透镜不正确的位置, 反映在视场上主要表现为: (1) 完全无光; (2) 有光有像但像质较差; (3) 有光无像 (包括无主像或无副像) ; (4) 有光有像但底盘的线条位置不正确 (包括长短不匀、倾斜) 。排除这些故障可按光路走向采取分段检查分段排除的方法, 即肯定一部分光路否定一部分光路, 有针对性地予以排除。在故障中属于透镜或棱镜松动、走动、错位或脱落的, 要调整、固紧、复位或黏合, 发霉的要除霉或更换, 脱银的要镀银或更换。
光学对点器的视准轴与数轴不同轴
光学对中器分划板十字线交点不再竖轴中心上, 导致光学对中器视轴与数轴不同轴, 在偏离大于1mm时必须校正。可通过松紧4个调节螺钉来移动分划板十字丝中心以改变视轴方向, 若十字丝不可调时, 则应调整直角转向棱镜, 使其作扇形转动或改变其俯仰角, 调整量应为其偏差的一半。
竖盘指标差过大
光学经纬仪精确整平后, 望远镜视轴在水平位置时竖直度盘的0～180°刻线或90～270°刻线与铅垂线之间的夹角为竖直指标差。JJG 414-2003《光学经纬仪》检定规程中要求指标差超过16"时必须校正。当指标差小于10"时, 对水准泡式结构的需调整水准泡, 对补偿器式结构需调整平板玻璃的倾角, 当指标差大于10"小于20"时需调整侧棱镜的位置, 对补偿器式结构的需调整望远镜分划板上的上下固紧螺钉, 当指标差大于3'时应重新安装竖直度盘并校正偏心。
横轴与竖轴垂直度偏大
当横轴与竖轴的垂直度超过15"时根据规程要求必须校正。当误差在1'～5'时调整横轴上偏心环, 松开偏心环上的3个固紧螺钉, 通过2个M3长螺钉一松一紧来校正。当误差大于5'时在数轴与望远镜相平行方向上加垫片来校正。
光路保护 第9篇
一般在大口径同轴反射式望远镜中,主望远系统即主次镜的成本很高,为了让望远镜具有多功能性,提高主望远系统的使用效率,在设计时使得主望远系统的焦点可以进行相应的切换,形成多个子光路,Coude光路就是其中之一。Coude光路是典型的全反射光路,它的主要作用是将主望远系统的光束传递到机下的光学实验室,在尽可能减少能量损失的前提下,为相应的子光学系统提供良好质量的对接光束。
整个Coude光路系统由多片反射镜组成,而且各反射镜之间间隔较大,这给结构支撑和装调带来了一定的难度。在设计Coude光学系统的支撑结构时,首先必须保证在工作时光学表面的面形精度变化在设计的公差范围内;其次保证各光学元件之间准确的位置关系,使其误差在设计的公差范围内;最后要充分考虑装调和检测可行性和方便性[1]。
对于这类型复杂光学系统,机械零件和光学元件之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求,即使能够满足要求,对机械加工和装调的要求也相当苛刻。因此在满足光学设计要求的条件下,可以使部分光学元件支撑系统增加调整机构,对光学元件的位置进行调整,以便于装调和有效的光路对准。
本文以某大口径望远镜光学系统为例,首先对其Coude光学系统进行了介绍,然后分析其中的各组件,并设计了关键支撑和调整结构,得出相应的结论。
1 Coude光学系统
在光学系统中,两块平面反射镜的空间相对位置关系主要有三种,分别如图1所示[2]:
1)两平面反射镜的法线在同一平面且平行,光线经过后方向不变,位置平移,见图1(a);
2)两平面反射镜的法线在同一平面且垂直,光线经过后方向改变180°,位置平移,见图1(b);
3)两平面反射镜的法线不在同一平面且空间垂直,光线经过后方向空间改变90°,见图1(c)。
在该望远镜系统中,Coude光学系统由反射镜M4~M9组成,如图2所示,其中M5为离轴非球面反射镜,其余元件均为平面反射镜。M4与M7、M8与M9属于第2)种位置关系,M7与M8属于第1)种位置关系。
离轴非球面反射镜M5是关键元件,它主要承担光束中继传递,其光学参数见表1。其余平面反射镜承担折转光路任务。
各反射镜装调公差如下:
M4与M5间距公差:±0.1 mm
M5与光轴倾斜公差:±30"
M5与光轴偏心公差:±0.05 mm
其余各折转平面镜之间的倾斜公差为1′,间距公差为±0.2 mm。
2 Coude光路支撑系统分析与设计
2.1 光路调整和支撑方式分析
综合考虑整个光路和望远镜结构,M4和M7起承上启下的作用;M5离轴非球面镜是满足系统要求的关键元件,在考虑其光学位置的同时需要考虑其检测方法,所以M5和M6组件综合考虑,以保证其入射光线与出射光线的平行和等高;M8和M9位于转台内部,负责光路是否与方位轴同轴。根据功能要求便可以确定各光学元件之间的调整关系。
光学元件的支撑结构除需要保证元件之间的相对位置关系之外,也需要保证光学元件的面形不被破坏。反射镜常用的支撑有中心支撑、背部支撑和边缘支撑。本光路系统中反射镜显然不适合于中心支撑,其支撑方案只能在背部支撑和边缘支撑中考虑。根据3点定面原理,镜座设计有3个与压块位置对应的凸起与反射镜接触,而且在反射镜镜面和压块之间放置柔性衬垫,以避免反射镜的过分变形,同时降低加工难度。
2.2 调整结构分析与选择
根据分析,4维调整机构既可满足4块45°倾斜平面反射镜光路对准要求,即两维倾斜调整和在相互垂直光路方向上的两维平移。
被调整元件背部有3个或4个驱动器支撑均可以实现2维倾斜调整。4个驱动器在机械结构上是超自由度的,因此在加工和安装时精度要求比较高,其优点是结构完全对称,回转轴在理论上相互正交。3个驱动器结构在一定角度范围内稳定性非常好,还有一个优点是除了倾斜运动,它还允许反射镜的垂直运动(活塞式运动),缺点是调整需要经过计算。
平移机构一般由工作台滑板、直线移动导轨、传动机构和驱动组成,需要时可以增加位移传感器。导轨有多种形式,按摩擦方式划分有滑动摩擦导轨(如燕尾形导轨)和滚珠/滚柱导轨(如交叉滚柱导轨)两种。根据导轨的不同结构,使用场合也不同。对于手动调整机构,其精度与螺纹质量、有效螺距和调节旋钮的大小等相关。在本系统中调整机构只在装调时使用,而且稳定性要求高,所以选用精密配研的燕尾形导轨。
离轴椭球镜M5,还需要增加一维旋转调整机构,要求旋转精度高、刚度大、转动平稳灵活无卡滞。填入式滚珠精密轴系既可以满足上述要求,还增加了对整个调整结构的尺寸适应性。
2.3 调整结构设计
结构设计时既要保证调整精度高、稳定性好,也要注重调整和锁紧操作灵活。
设计要求如下:
导轨滑动自如,无卡滞和明显间隙;
倾斜调整范围为±2°;
水平和垂直方向调整范围均为±5 mm;
回转调整范围为±2°。
2.4 二维倾斜调整结构
2维并联倾斜调整方式可分为2种,如图3所示。2维倾斜带来的光路平移分别与h0和h有关,图3(a)所示结构明显要小于图3(b)所示,但是图3(a)所示结构的调整操作空间有限,这在手动调整结构中尤为突出。图3(b)中,倾斜座的变形会对反射镜的面型造成一定的影响,但是对于小口径反射镜而言不会产生很大作用。
反射镜的支撑是在对反射镜进行有效定位的同时卸载它的自重,并且减小热应力对反射镜的影响以达到减小镜面变形的目的[3]。
在结构材料的选择上,考虑受力及受热后结构及镜面面行的稳定性,反射镜选用高比刚度、高稳定性的微晶玻璃,为了避免由于材料膨胀系数不匹配对面形精度的影响,与镜体直接接触的镜室的线膨胀系数能与反射镜的线膨胀系数一致,则均匀的温度升降就不会带来镜面的畸变。故选择与微晶特性匹配的铟钢(4J32),以使其反射镜力学、热性能相匹配。仅从材料的线胀系数匹配上来消除由于温度变化而造成的面形精度下降是不够的,还要通过选用适合的结构,进一步降低外部因素变化对反射镜面形精度的影响。
倾斜调整机构采用半运动支撑方式,机构的自由度可以通过以下的运动准则得到:
式中:N为系统元件数量;g为铰链数;fi为第i个铰链的自由度数量。
本系统中,元件数量n=5,包括固定底座、运动平台和3个有相对直线运动的驱动器;铰链数g=6,包括1个球铰,1个球/V型接触副,1个球/平面接触副,3个直线运动副,各自对应的自由度分别为3、4、5、1,所以,M=3。支撑原理框图如图4所示。
2维倾斜调整结构装配图如图5所示。
在整个结构中,球铰的精度与结构的稳定性密切相关,所以采用特定结构代替标准的球轴承。整个球铰由上锥形槽、调整垫、下锥形槽、锁紧螺母、外壳和球杆6部分组成,从而实现由传统的面接触转变为始终保持接触状态的线接触,提高结构的稳定性。
2.4.1 一维平移调整结构
使用平移调整结构主要有2个原因:一是弥补非对称中心倾斜带来的光路偏移,二是方便整个光学系统的调整。为了使平移机构滑动平滑,除对导轨要求精密配研外,还需要设置环节使驱动丝杠和调整组件之间存在的微量角度和位置偏差不会对结构的性能造成影响。燕尾形导轨副由于其零件的尺寸误差、形状误差和配合间隙等因素的影响致使运动件不能沿理想运动方向移动而出现位置误差,误差详细分析与计算见文献[4]。
单个平移结构3维结构图如图6所示。此处采用手动调整,达到指定位置后锁紧前后两调整螺母。双向调整螺母采用球面接触形式,由于球铰的万向原理,从而允许驱动丝杠和调整组件之间存在微量的角度和位置偏差。这样即可以保证调整精度,同时也降低了加工要求。
2.4.2 一维旋转调整结构
回转台的技术指标包括以下几项:角度范围、稳定精度、动态特性和重量等。轴系精度的高低决定转台系统的精度。
由于离轴椭球镜M5旋转机构具有旋转精度高、工作载荷小和转速低的特点,所以选择填入式滚珠精密轴系,其置中精度与方向精度主要与间隙、滚珠直径偏差有关。这种轴系具有自动定心的作用,其轴的回转中心位于滚珠和内外锥面接触点法线的交点上[5]。当滚珠直径偏差为∆d时,则轴的中心线偏差范围,所以钢球选择G3(0)级(球批直径变动量0.13µm)。回转半径为r时,轴的晃动量为θ=∆)/arctan(r。精密回转轴系二维结构图见图7。
3 分析优化
4块反射镜均需要45°倾斜座,作为反射镜的支撑基础,要求刚度高,因此需要优化设计。后3块反射镜尺寸相同,而且相对较大,所以只对此反射镜的倾斜座模态进行优化分析。通过分析,确定倾斜底板厚度为6 mm,水平底板厚度为7 mm,加强筋厚度为5.2 mm。其一阶谐振为741 Hz,模态云图如图8所示。
在提高单件刚度的同时,保证元件之间的连接刚度才能提高系统的稳定性。图9(a)为M5与M6组件装配时的连接状态,通过图9(b)将两个组件连接,因此需要结合使用,加工和工艺对两个连接件进行分析优化。通过对底板厚、筋厚、筋分布间隔和分布方式的优化,使整个结构的变形优于2µm。
4 结论
文中对大口径望远镜Coude光路的光机系统进行了研究,根据要求详细分析并设计了各类调整机构。多维调整机构满足设计要求,精度高,在装调和使用方面均具有突出的便捷性,整个设计方法可作为同类产品的设计参考。
参考文献
[1]周海宪,程云芳.光机系统设计:3版[M].北京:机械工业出版社,2007:21-27.ZHOU Hai-xian,CHEN Yun-fang.Opto-Mechanical Systems Design:3rd ed[M].Beijing:China Machine Press,2007:21-27.
[2]史亚莉,高云国,邓伟杰.反射光路的计算机辅助装调模型[J].激光与红外,2009,39(4):427-430.SHI Ya-li,GAO Yun-guo,DENG Wei-jie.Model for computer-aided alignment of reflective optical system[J].Laser&Infrad,2009,39(4):427-430.
[3]付亮亮,何欣,廉凤慧.小型反射镜支撑方案的设计与分析[J].光学技术,2008,34(4):532-534.FU Liang-liang,HE Xin,LIAN Feng-hui.Design and analysis of minitype reflected mirror supporting structure project[J].OPTICAL TECHNIQUE,2008,34(4):532-534.
[4]盛鸿亮.精密机构与结构设计[M].北京:北京理工大学出版社,1993:131-134.SHENG Hong-liang.Design of Fine Mechanism and Structure[M].Beijing:Beijing Institute of Technology Press,1993:131-134.
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