光无源器件参数测试实验系统
GCPT-B
实
验
指
导
书
(V1.0)
武汉光驰科技有限公司
WUHAN GUANGCHI TECHNOLOGY CO.,LTD
目录
一．部分无源器件测试基础知识........................... - 3 - 二．光纤耦合器的测试 .................................. - 7 - 三．光纤隔离器（ISOLATOR）的特性和参数测试............ - 14 - 四．波分复用/解复用器（WDM）的测试................... - 18 - 五．光纤衰减器（VOA）特性实验......................... - 22 -
一．部分无源器件测试基础知识
近年来，光纤通信发展非常迅速，应用日渐广泛。作为光纤通信设备的重要组成部分的光无源器件，也取得了长足的进步，并逐步形成了规模产业。
光无源器件是一种光学元器件。其工艺原理遵守光学的基本理论，即光纤理论和电磁波理论，各项技术指标、各种计算公式和各种测量方法和纤维光学、集成光学息息相关。
光无源器件是一门新兴的、不断发展的学科。光纤通信的发展呼唤着功能更全、指标更先进的光无源器件不断涌现；一种新型器件的出现往往会有力的促进光纤通信的进步，有时甚至使其跃上一个新的台阶。光纤通信系统对光无源器件的期望越来越大，器件的发展对系统的影响越来越深。除此而外，光无源器件在光纤传感和其他光纤应用领域也大有用武之地。
光纤通信元件包括光缆、光有源器件、光无源器件等。光纤无源器件主要包括耦合器/分路器(Coupler/Splitter)、隔离器(Isolator)、衰减器、波分复用/解复用器（WDM）、光分/插复用器（OADM）、光交叉互联器（OXC）、滤波器(Filter)和光开关(Optical Swich)等，它们都是将来光网络系统中必不可少的器件。
下面我们介绍一些基本的测试环境和条件，国标GB/T 13713－92中阐明测量条件如下：
1．测试环境
无源器件的测量应该在GB 2421－1989中所规定的正常大气条件下进行，即
温度：15～35摄氏度；
湿度：45％～75％；
气压：85Kpa～106Kpa。
2．优先测试条件
注：【1】：在整个测量周期中或至少1h；
【2】：注入到光纤中的功率不能高到产生非线性散射效应的水平；
【3】：检测系统的特性响应不应偏离比规定水平大的线性；
【4】：测量系统总稳定性应该在整个测量周期中没有超过规定的变化。 3．测量应该注意的事项还有
A. 为了保证包层模不影响测量，应按照规范的规定依靠光纤本身的衰减作用或靠加一个包层模消除器来消除包层模；
B. 注意保证与器件接口处的斑纹图形不会影响插入损耗的测量；
C. 在器件的整个测试中，每一边的光纤或光缆应该保持固定，并考虑光纤上的应力和最小弯曲半径的影响；
耦合器的几种老化实验条件和数据（YD/T 893-1997），
其中：（精度为±2摄氏度的高低温恒温湿箱）
(一) 高温实验条件为：以温度变化速率不大于1摄氏度/分钟（不超过5min 平均值）升至最高温度85摄氏度，保持恒温2小时，恢复至常温后，进行测试；
(二) 低温实验条件为：以温度变化速率不大于1摄氏度/分钟（不超过5min 平均值）降至最低温度-40摄氏度，保持恒温2小时，恢复至常温后，进行测试；
(三) 高低温循环实验：将样品在高温下测量其插损，然后升温至85摄氏度，保持恒温30分钟，然后降温至-40摄氏度，保持30分钟，取出在常温下2小时，擦去水珠，测量并记录其插入损耗值，继续进行下一个循环试验。
注：上面的三个条件和Bellcore 1209略有区别，但总的原理是一样的，起到老化实验
前面我们只是笼统的简单介绍了一下测试环境，实际中每种器件都有详细的国际通用的测试标准和国标，测试条件、环境、过程等的规定还是略有区别。下面我们介绍一些基本的概念，以图1中所示的N ×N 的器件为例。
图1 一个N ×N 的器件
Out1 Out2 OutN
A. 插入损耗（IL ）
插入损耗常常简称为插损，指一个输出端口的输出功率和一个输入端口输入功率的比值，插入损耗常常包括两部分，一部分是器件非理想造成的附件损耗（通常是不期望存在的），另外一部分是器件本身特性造成的（例如分路器【splitter ，也叫耦合器coupler 】的分光比，例如某个端口本身应该输出20％的输入光，对这个端口来说，本来就应该有80％的“损耗”）。 B. 附加损耗（EL ）
附加损耗也常常称之为额外损耗。一般一个N ×M ，对于某一个输入功率P0，我们期望其中的某一个或者某几个端口输出（Pi …Pj ），附加损耗的定义是：
010lg[(
)/]j
m
i
EL p
P =∑
*请注意区分附加损耗和插损损耗。 C. 均匀性（uniformity ）
均匀性也常常称之为分光比容差，一般是针对光纤耦合器而言的。对于均匀分光的多端口耦合器，各输出端口的光功率的最大相对变化量。
max 10lg(/)ij ij L P P -
?=
D. 方向性（Directivity ）
方向性是衡量器件定向传输特性的参数，也常常称之为近端串扰（near-end crosstalk ）或者近端隔离度，对于一个有多个输入端的器件，其中某个端口I 输入功率Pi ，在其他输入端口中反射回来的光功率Pj ，那么方向性的定义是：
10lg(/)j i D P P =-
E. 回损（reflectance ）
回损是衡量器件定向传输特性的参数，但其定义是回到入射端口的光功率的大小的相对值。
10lg(/)r i R P P =-
其中Pi 是入射光功率，Pr 是反射回入射端口的光功率。 *注意回损和方向性定义的中端口的区别。 F. 偏振相关损耗（PDL ，polarization-dependent loss ）
也常常称之为偏振相关灵敏度，表征输入信号在所有偏振状态下，某输出端口的插入损耗的最大相对变化量，用dB 表示。 G. 温度相关损耗（TDL ）
也常常称之为温度相关灵敏度，表征输入信号在使用温度范围内（例如：-25℃～75℃），某输出端口的插入损耗的最大变化量。
H. 隔离度（Isolation）
对于波分复用器来说，又叫远端串扰。表征某一个光信号通过分波器后在不期望的波长端口输出的光功率量，用dB表示。
对隔离器来说，隔离度定义是隔离器反向输入光信号，输出光功率与输入光功率的比值就是隔离度。也有的资料上把隔离器的隔离度定义微正向和反向输入同样的光功率情况下，输出功率的比值，两种定义上，相差一个插入损耗，通常使用前面的定义。
I.工作带宽（Optical Bandpass）
表征器件工作时的波长范围，通常是某端口的插入损耗随波长的变化范围，常常用nm@0.1dB、nm@3dB、nm@20dB等表示，表示工作波长的峰值功率的0.1dB、3dB、20dB 处的带宽。
J.偏振模色散（PMD，polarization mode dispersion）
表征当两个相互垂直的偏振态入射光信号通过器件后的最大延迟量，常用ps表示。
【注意】：该无源器件测试系统所采用的双光源为FC/APC接头。
二．光纤耦合器的测试
【实验目的】
1. 掌握耦合器的部分常用特性（插损、额外损耗、分光比，PDL 、方向性）的定义及其简单应用。
2. 掌握耦合器的部分常用特性的测试方法和基本测量仪器的使用。
【实验原理】
熔融拉锥型全光纤耦合器(Coupler)是光纤通信系统中重要的基本器件，可以用作各种比例的功率分路(Splitter)/合路(Combiner)器；波分复用器(WDM)；光纤激光器的全反镜；非线性光环镜(NOLM)；无源光纤环；Mach-Zehnder 光纤滤波器等；在传感领域可利用其作成Mach-Zehnder,Michelson,Sagnac,Fabry-Perot 光纤干涉型和光纤环形腔干涉型光纤传感器；此外还是光纤陀螺仪和光纤水听器及多种光学测量仪器的关键部件。
目前比较先进的熔融拉锥设备不仅能制作各种分光比的标准耦合器，而且可以制作宽带单窗口/双窗口耦合器，偏振无关耦合器(Polarization Independent Couplers)，保偏耦合器(polarization-Maintaining Coupler)，多模耦合器，偏振分束器(PBS)，粗波分复用器(CWDM)，泵浦耦合器包括EDFA 用980/1550,980/1590,980/1480；光纤拉曼放大器用的14XX 泵浦合波器；还可以制作OADM 型和中继型组合功能器件，级联单锥式增益平坦滤波器(GFF)，全光纤非平衡Mach-Zehnder 干涉仪型Interleaver ，全光纤平顶傅立叶滤波型Interleaver(Flat-top Fourier Filter(F 3T)Interleaver)，此外亦可制作光固定衰减器。
图1可用来定性的表示熔融拉锥光纤耦合器的工作原理。入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再分配，一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一部分则由“耦合臂”传到另一光路。
在弱导和弱耦近似下，忽略自耦合效应，并假设光纤是无吸收损耗的，则在耦合区有模式耦合方程组：
()
()()
()()()?????+=+=z A iC z A i βdz
z dA z A iC z A i βdz z dA 121122
212111 （8.1） 式中，()()z A z A 21,是两根光纤的模场振幅；21,ββ是两根光纤在孤立状态的纵向模传播常数；
()1,2j i, =ij C 是耦合系数。实际中近似有2112C C =，可以求得上述方程组的解为：
入端锥体 出端锥体
I
I I （直通臂） I （耦合臂） 图1 单模光纤耦合器瞬衰场耦合示意图
()()()()()()()()()()???
????????????? ????????--+??? ??=????????? ????????-++??? ??=z i z F C A C A iF z F C A z A z i z F C A C A iF z F C A z A ββββββexp sin 020cos 0exp sin 020cos 0221
122121211 （8.2）
其中()1222141-??
?
?
????-+=C F ββ （8.3）
耦合系数 ()()
()
W K V Wd K U C 213202212ρρ?= （8.4）
其中ρ是光纤半径，d 是两光纤中心的距离，U 是纤芯横向传播常数，W 是包层横向衰减常数，
V 是孤立光纤的归一化频率，10,K K 是零阶和一阶修正第二类Bessel 函数。
这里，已假定光功率由一根光纤注入，初始条件为()()00,1021==P P 显然，2F 代表着光纤之间耦合的最大功率。当两根光纤相同时，有21ββ=，则F=1，上式就蜕变为标准熔融拉锥型单模光纤耦合器的功率变换关系式
()()()()???
??
?
???? ??==??? ??-==z F C F z A z P z F C F z A z P 2222
222211sin sin 1 （8.5） 耦合器是光通信技术中一种重要的光无源器件，简言之，耦合器（Coupler ）就是一类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。主要应用于光纤通信系统、光接入网、光纤CA TV 系统，无源光网络(PON)，光纤传感技术等领域。耦合器的常
用参数有插入损耗、额外损耗、分光比、偏
振相关损耗和方向性等，下面给出具体描述： A . 插入损耗(IL)
插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对输入光功率的减少值。
()dB P P IL IN
OUT i i lg
10-= （8.6）
B . 额外损耗(EL)
额外损耗是指所有输出端口光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。
()dB P P EL IN
OUT
∑-=lg
10 (8.7)
额外损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程中带来的固有损耗；而插入损耗则表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响，实验中务必使学生弄清楚这一点。一般情况下，耦合器的损耗小于0.2dB 。 C . 分光比（CR ）
分光比是耦合器所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口输出功率占总输出功率的
分额，一般用百分比来表示。
%100?=
∑OUT
OUT P
P CR i
(8.8)
D. 偏振相关损耗(PDL)
是衡量器件性能对于传输光信号偏振态敏感程度的参量，又称偏振灵敏度。它是指当传输光信号的偏振态发生2π变化时，器件的各个输出端口输出光功率的最大变化量。
()()()dB P
MAX P MIN PDL j
j
OUT OUT lg
10-= (8.9)
在实际应用中，光信号偏振态的变化是经常发生的，因此，往往要求器件有足够小的偏振相关损耗，否则将直接影响器件的使用效果。 E. 方向性(DL)和回损（RL ）
方向性也是耦合器的一个重要技术指标，它是衡量器件定向传输特性的参数。
()dB P P DL IN IN 1
2
lg
10-= (8.10)
回损是衡量器件定向传输特性的参数，但其定义是回到入射端 口的光功率的大小的相对值。
)(lg
101
2dB P P RL -= (8.11)
其中P 1是入射光功率，P 2是反射回入射端口的光功率。
【实验步骤】
A. 耦合器插损、额外损耗、分光比的测量（插入法）
【注：还有其他方法，例如剪断法等，有兴趣的同学可以查阅相关资料】
图2 实验装置图
a. 将跳线一端接在光纤光源的测试使用波长端口，另一端接功率计。接通主机光源和功率计电源，待稳定后记录下光源的输出功率Pin 。
b. 取下跳线。将耦合器的输入端接在光纤光源的输出端，耦合器的两个输出端口分别接功率计的输入（Input ）端口；（注意其他所有环境条件，包括光纤位置等都尽量保持不变）
c. 分别记录下耦合器的两个输出端的功率值；
d. 利用前面提到的公式去计算插损、额外损耗和分光比；
e. 换一个波长，重复1—4步骤。注意不同波长下的分光比的区别。 f . 将光源工作电流调整为零，关闭光源与功率计。
图3 插损、额外损耗和分光比的测试
实验结果数据记录表
B. 方向性（DL ）和回损（RL ）的测量 测量尾纤型光纤耦合器的方向性，方法如下： a.
如图4所示测量耦合器反射回到端口2的光功率P 2。（一般需在光纤空闲端面处放置匹配
液或者绕很小的环，让光纤的端面没有光反射，这里由于端面为APC 端面，所以不用考虑）
b. 使用一根标准跳线代替耦合器。直接测量光源输出功率P1。（注意其他所有条件，包括光纤位置等都尽量保持不变）。
P A
P
图4 尾纤型耦合器方向性测量原理
c.
按下列公式计算出光纤耦合器的方向性。
1
2
lg
10P P DL -= （8.12） 其中： 为方向性(dB)；P 1为输入光功率；P 2为2端口输出光功率。 测量尾纤型光纤耦合器的回损，方法如下：
d. 如图5所示测量耦合器反射回到端口2的光功率P 3。（一般需在光纤空闲端面处放置匹配液或者绕很小的环，让光纤的端面没有光反射，这里由于端面为APC 端面，所以不用考虑）
e.
使用一根标准跳线代替耦合器。直接测量光源输出功率P1。（注意其他所有条件，包括光
纤位置等都尽量保持不变）。 f.
按下列公式计算出光纤耦合器的回损。
1
3
4lg
10P P RL ?-= (8.13) 其中： 为回损(dB)；P 1为输入光功率；P 3为返回光功率。
一般正常的耦合器的方向性和回损都大于50dB ，这里为了让同学能够测量出回损和方向性，所以部分耦合器故意降低了方向性和回损。
C. 偏振相关损耗（PDL ）的测量
测量尾纤型光纤耦合器A 端口的偏振相关损耗PDL ，方法如下：
DL 图5 尾纤型耦合器方向性测量原理
RL
a.
如图6所示光源输出的光测量经过偏振控制器后，再经过待测耦合器，在功率计上测量A
端口光功率值。
b. 改变偏振控制器状态，尽可能的获得所有状态，记录下最大P max 和最小P min 输出功率，为了方便计算，单位使用dBm 。（注意其他所有条件，包括光纤位置等都尽量保持不变）。
c.
按下列公式计算出光纤耦合器的PDL ，单位为dB （一般耦合器的PDL 小于0.1dB ）。
min max P P PDL -= (8.14)
最后根据所有实验数据计算下表
【思考题】
1. 为什么选择不同的光源，耦合器的分光比会不一样。
2. 插入法测量插损过程中，可能引入哪些不确定因素（也就是可能造成误差的原因）？
3. 为什么一般测量过程中，不考虑功率计对不同的输入光纤所造成的差别。
4. 50：50的耦合器的插损是多大？为什么把它叫3dB 耦合器？
5. 耦合器可以把能量分配到两个端口（额外损耗很小），如果反过来有两束单独的光信号从两个端口输入，这两束光能不能都回到原来的输入端呢（合束）？（反过来入射的两个光来自两
图6 尾纤型耦合器偏振相关损耗的测量原理
个独立的光源）
6. 公式8.9和8.14是否不同？
7. 公式8.11和公式8.13为什么相差一个系数4？
8. 对于回损，如果没有3dB 耦合器，那么8.13中的系数应该是多少？
9. 利用额外损耗和分光比计算下图E 点的输出功率，再利用插损计算E 点的输出功率，理解为什么工程中引入插损这个定义。（假设光源输出功率为0dBm ，每个连接点损耗0.2dB ，所有耦合器的A 端连接下一个耦合器的输入端）
思考题参考答案：
1. 参见公式8.5，公式中含有以波长为变量的参数。
2. 跳线本身的损耗、测量过程中光纤的弯曲等位置上的变化引入的损耗、光源输出法兰盘和跳线的连接损耗与和耦合器的连接损耗的不同（包括跳线与耦合器的光纤的模场直径、数值孔径、偏芯程度、插芯的偏芯程度、连接器端面的洁净程度等等有关）。
3. 因为功率计的探测面积选用的很大，所以对于常用的通讯用光纤来说，造成的影响极小，所以一般不予考虑。
4. 一般为3.2dB 附近，在理论上50％的插损应该是3dB ，所以叫3dB 耦合器。
5. 如果A 为输入端，B 、C 为输出端，而从A 输入的光，B 端口输出x ％的光。当光反过来入射的时候，A 端口也只能输出B 端口入射光功率的x ％，所以不能造成合束。
6. 两个公式实际上是相同的，只是表达方式不同，公式8.9中的功率单位是绝对功率，公式8.14中的功率单位是dBm 。
7. 两者相差的系数是因为引入了3dB 耦合器，光信号在3dB 耦合器中的一个往返造成了两个1/2的损耗（由于额外损耗很小而被忽略了）。
8. 例如用一个30：70的耦合器代替3dB 耦合器，那么系数就会变成1/（30％×70％），约为4.76。
9. 利用额外损耗和分光比计算如下：
利用插损计算如下：
A
310/EL 310/2.0A 210/EL 210/2.0A
110/EL 1)10/2.0(*10*10**10*10**10*10*1耦合器）的耦合器（）（耦合器）
的耦合器（）（耦合器）的耦合器（CR CR CR mW P out ------=
从上述两种计算过程可以看出来，引入插损是为了工程施工计算方便。
三．光纤隔离器（Isolator ）的特性和参数测试
【实验目的】：
1．
2． 了解光纤隔离器的工作原理及基本结构 3．
4． 熟悉光纤隔离器在光纤通信系统中的应用。
【实验原理】：
在高速率的光纤通信系统中要求激光光源非常稳定，为此，希望尽可能减少负载回到激光
器的反射光。光隔离器的性能是光正向通过时衰减很小，但反向通过时衰减很大的器件。
光隔离器相当于一种光非互易传输耦合器，所依据的基本原理是法拉第磁光效应。即当光波通过置于磁场中的法拉第旋光片时，光波的偏振方向总是沿与磁场（H ）方向成右手螺旋的方向旋转，而与光波的传播方向无关。这样，当光波沿正向和反相两次通过法拉第旋片时，其偏振方向旋转角将叠加而不是抵消，这种现象成为“非互易旋光性”
图1 隔离器工作基本原理图
在1图中，当光从左到右传，左面的起偏器将其偏振面确定在0o，经过合适长度的旋光片
dB
IL dB dB IL dB dB IL dB dBm A A A out 3212.02.02.00P ------=
旋光后，偏振面旋转了45o，正好顺利通过安放在45o角上的第二个起偏器。但如有反射光回来在逆方向上再次通过旋光片时，其偏振面会在源方向上再次转45o，叠加的效果，偏振面就正好垂直于左面的起偏器，无法通过，从而实现单向传输光隔离的功能。（注：这里给出的只是空间光隔离器的基本原理图，目前实际中使用的绝大多数偏振无关的隔离器原理都使用这个原理，但结构与此差异很大）。
衡量光隔离度性能的主要参数有 A. 插入损耗
插入损耗是隔离器的重要技术指标，其来源主要有偏振
器、法拉第旋转芯片和光纤准直器的插入损耗。
隔离器的插入损耗测试方框图如图2所示，主要注意的是：光源的波长必须在工作波长的范围内，并使任何可能注入的高次模得到足够的衰减，使隔离器的输入端和检测器处仅有基模传输；光信号沿隔离器的正向输入。
正向插入损耗IL ，定义为正向传输时输出光功率与输入光功率之比。 (
)10lg
in
out
P IL dB P =
其中：IL 为回损(dB)；P in 为输入光功率；P out 为输出光功率。
B. 隔离度
隔离度是隔离器最重要的技术指标之一，表征了隔离器对反向传输光的衰减能力。主要受如下一些因素的影响：偏振器距法拉第旋转器的距离；各个光学元件的表面反射率；偏振器的楔角、间距等。
隔离度的测试框图如图3：
隔离器
图2 隔离器插入损耗测试原理示意图
隔离器
图3 隔离器隔离度测试原理示意图
反向隔离度ISO ，定义为反相传输时输出功率与输入功率之比。 10lg
()in out
P ISO dB P =
其中：ISO 为回损(dB)；P 1为输入光功率；P 3为返回光功率。
** 隔离度常常有两种定义，常见的如上述所介绍的，还有一种是相同功率光源正向通过的功率和反向通过的功率的比值。这两种定义上仅仅差一个插损值，因为插损值和隔离度相比很小，所以两者基本一致。多数情况下使用的是前者！ C. 偏振相关损耗(PDL)
PDL 与插损不一样，是指当输入光的偏振态发生变化而其他参数不变时器件的插损的最大变化量，是衡量器件插损受偏振态影响程度的指标。
改变偏振控制器状态，尽可能的获得所有状态，记录下最大P max 和最小P min 输出功率，为了方便计算，单位使用dBm 。（注意其他所有条件，包括光纤位置等都尽量保持不变）。
按下列公式计算出光纤耦合器的PDL ，单位为dB （一般耦合器的PDL 小于0.1dB ）。
min max P P
PDL -=
需要注意的是隔离器的PDL 会因为隔离器的种类、工作波长等差异很大，这一点可能和耦合器不同，例如偏振无关隔离器的PDL 可能很小，而偏振相关PDL 很大。
D. 回波损耗
隔离器的回波损耗RL 是指正向入射到隔离器的光功率和沿输入路径返回隔离器输入端口的光功率之比，这是一个相当重要的指标，因为如果隔离器的回波强，那么其对系统回返光进行控制的同时，自身也会给系统带来一定的反射。
图4 隔离器偏振相关损耗测试原理框图
隔离器
图5隔离器的回损测量原理图
()21
210lg
P RL dB P =-
其中：RL 为回损(dB)；P 1为输入光功率；P 2为返回光功率。
【实验步骤】
1. 利用耦合器测试实验的过程，自行设计如何测量隔离器的插损、回损、隔离度、PDL ，并确定此隔离器是什么波段的？什么方向的？
【思考题】：
1. 隔离器的核心工作原理是什么？
2. 实验中的隔离器1310nm 和1550nm 的隔离度差异较大，为什么？
3. 试着说出一种隔离器的使用环境？
4. 如何简单区分偏振无关隔离器和偏振相关隔离器？
5. 漆黑的晚上，在屋子外面可以透过窗户看清楚亮灯屋子内部的情况，可是在屋子内部就看不见屋子外面的情况，请问这种情况和隔离器相同吗？
6. 请同学给出一种偏振无关隔离器的结构，并简要分析。 思考题参考答案：
1. 隔离器的核心工作原理是非互易的法拉第旋光效应。
2. 因为隔离器偏振器的楔角、晶体的双折射率、旋光晶体等都造成隔离器对于不同波长的效果是不同的。
3. 在EDFA ，激光器等要求低回损的环境中使用。
4. 利用ASE 、荧光等自然光正向输入，偏振无关隔离器的损耗会很小，而偏振相关的损耗会大于3dB 。
5. 不相同，隔离器的正反向透过率的差值很大（一般大于1000倍），而玻璃窗户的正反向透过率可以认为是相等的。
6.图中上半是偏振无关隔离器正向通光情况，下半是反向入射的情况。
O光
四．波分复用/解复用器（WDM）的测试
【实验目的】
1.了解WDM的特性及其简单应用。
2.掌握WDM的测试方法和基本测量仪器的使用。
【实验原理】
实现波分复用解复用滤波器的技术包括很多种。这里我们只对几种流行的技术简单介绍。这些技术主要有薄膜干涉型滤波器，平面波导型（AWG），光纤光栅型，光纤熔融级联MZ干涉仪型以及衍射光栅型等。
介质薄膜干涉滤波器是使用最广泛的一种滤波器，主要应用在400GHz到200GHz频率间隔的低通道波分复用系统中。这种技术十分成熟，可以提供良好的温度稳定性和通道隔离度和很宽的带宽。主要工作原理是在玻璃衬底上镀膜，多层膜的作用使光产生干涉选频，镀膜的层数越多选择性越好，一般都要镀200层以上。镀膜后的玻璃经过切割，研磨，再与光纤准直器封装在一起。这种技术的不足之处在于要实现频率间隔100GHz以下非常困难，限制了通道数只能在16以下。介质薄膜干涉滤波器的国外供货商包括SCHOTT，NSG，国内包括武汉院器件所，上海中天、广州奥普、成都中科院光电所，沈阳汇博公司等等。
平面波导滤波器主要是一种阵列波导光栅（AWG）。制作原理是在硅材料衬底上镀多层玻璃膜（形成光栅），玻璃的成分必须仔细选定以产生合适的折射率。这些玻璃层按一定形状用光刻，反应离子刻蚀等标准的半导体工艺制备在硅衬底上。同样地入射光在光栅中产生干涉滤波。
这种技术的难点在于制作波导光栅，即控制玻璃膜的厚度，成分与缺欠等。这种器件的优点在于集成性，频率间隔可以达到100GHz，50GHz的器件也可以做出来。缺点是温度稳定性不好，插损较大。平面波导滤波器的国外供应商如KYMA TA。
基于光纤的滤波器主要是长周期或短周期的光纤光栅以及熔融MZ干涉仪型的结构。这些器件特别是后者可以提供非常窄的频率间隔。最好可以作到2.5GHz（0.04nm），理论上在C波段就可以容纳1600个通道复用。插损与一致性也非常好。光纤光栅是通过紫外光在高掺锗或普通氢载光纤上按一定的掩膜刻制光栅的器件。长周期光纤光栅还具有宽带滤波的性能，特别适合制作EDFA增益平坦的滤波器。光纤光栅器件的困难在于温度稳定性，由于光栅的中心波长会随温度而变化，所以实用化的器件必须解决这个问题。
图1 DWDM滤波器制作技术的比较.
商品化的器件与实验室产品最重要的区别就是可靠性是否符合标准。由于新一代器件使DWDM系统的频率间隔进一步缩小，通道数进一步增加，器件一旦发生问题对于整个系统带来的影响也变得更加严重。作为DWDM系统核心器件的滤波器的可靠性必须过关。
目前光器件可靠性测试的两个主要标准是Bellcore GR1209与GR1221。这其中可能最困难的就是温度与湿度储存实验。
Interleaving 技术
为实现50GHz间隔的密集波分系统同时避免器件技术的过分复杂和太高成本，2000年3月的OFC展览上，多家公司纷纷提出一种群组滤波器，Chroum公司称之为Slicer, Wavesplitter, JDS Uniphase等公司称之为Interleaver。
这种器件的基本工作原理如图10.2，通过两个分别频率间隔为目标间隔两倍的普通复用/解复用器的组合使用，一个专门配合偶数的频道数，一个专门配合奇数频道数。再配合一个可以将信号按奇偶分开的Interleaver，就可以实现50GHz的频率间隔。
图2 Interleaver的工作示意
可以说Interleaver的出现使许多传统滤波器技术在密集波分复用的新应用中重新找到了自己的位置，大大减低了器件设计制作的压力，降低了整个系统的成本。这种器件的基本工作原理还是两束光的干涉，干涉产生了周期性的原来信号波长重复整数倍的输出，通过控制干涉的边缘图案就可以选择合适的频率组输出。换句话说通过合适的干涉参数设计可以使Interleaver 的通过谱成为类似梳状波的形状。实现Interleaver的技术包括熔融拉锥的干涉仪，液晶，双折射晶体、GT镜等等方案实现。
波分复用器（WDM）的工作原理来源于物理光学，如利用介质薄膜的干涉滤光作用、利用棱镜和光栅的色散分光作用、利用熔融拉锥的耦合模理论等。波分复用器的光学特性主要如下：
（1）中心波长（或通带）λ1、λ2…λn＋1
它是由设计、制造者根据相应的国际、国家标准或实际应用要求选定的。例如对于密集型波分复用器ITU-T规定在1550nm区域，1552.52nm为标准波长。其他波长规定间隔100G （0.8nm），或取其整数倍作复用波长。
（2）中心波长工作范围Δλ1、、Δλ2
对于每一个工作通道，器件必须给出一个适应于光源谱宽的范围。该参数限定了我们所选用的光源（LED或LD）的谱宽宽度及中心波长位置。
（3）中心波长对应的最小插入损耗L1、L2
该参数是衡量解复用器的一项重要指标，设计、制作者及使用者都希望此值越小越好。此值以小于“X”dB表示。
（4）相邻信道之间隔离度（串扰）ISO12、ISO23
如果以不同端口作为输入端口，其插入损耗最小值分布在端口所对应的中心波长附近。以N个端口作为输入端时，每一端口各种光学参数的规定、测量与解复用器相同。
（5）还有插入损耗、附加损耗、偏振相关损耗、回波损耗等。其中插损、附加损耗、偏振相关损耗、回波损耗的测试内容参阅耦合器的相关测试，基本原理和方法大同小异此处不再赘述。下面主要介绍一下隔离度（串扰）的测试。
机构运动与力参数测试实验报告 院、系专业班级姓名同组人 实验日期年月日 一、机构运动方案设计（绘制机构运动简图，简要说明其结构特点和工作原理及使用场合） 结构特点：上图实际为曲柄滑块机构，曲柄滑块机构具有的运动副为低副（上图机构有一组皮带轮构成的高副），构成低副两元件的几何形状比较简单，加工方便，易于得到较高的制造精度等优点。
工作原理：此机构常用于将曲柄得回转运动变换为滑块的往复直线运动，或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄滑块运动，上图为前者。其工作原理为：由电动机带动皮带轮5顺时针转动，从而带动结构3转动，再通过连接在齿轮上的连杆2带动滑块1做往复直线运动。适用场合：自动送料机构、机床、内燃机、空气压缩机等。 二、绘制平面机构的运动学曲线s、v和a曲线。 三、根据数据曲线分析搭建的机构，包括是否有运动冲击，运行状况如何。并分析波动、冲击、不稳定的原因。 根据搭建机构及数据曲线分析，运动有几个局部位置有运动冲击，但对整体影响不大，运动
状况较为顺利。 1.根据角位移分析，可看出角速度线并不是水平直线，而是有一个微小的上下跳动的幅度。其产生的原因可能是本身频率不稳定，或者是滑块来回摩擦系数不一致产生。 2.根据直线位移曲线图，可看出位移曲线并不是光滑的曲线，在波峰跟波谷都有一段是直线。与直线的末端相连的曲线一开始便有较大的斜率，这会对测量器材造成一定的冲击，同时也造成机构的不稳定。排除构件连接之间的偏差，为了更好测量滑块的往复运动，而不导致滑块卡死;连接滑块的测量器材在连接点有较大的松弛度，从而导致滑块在最左端和最有端有一段测量的空窗期，导致不能测量进而产生速度曲线的波峰、波谷有一段直线。 四、测量各构件尺寸，利用机械原理知识编程绘制所搭建机构的运动学曲线，求解各杆件的轴向力，并分析误差产生的原因。
机构运动实验方案设计 机构运动设计是根据机械的设计任务和要求,拟定机械中各机构的方案,。XX为大家收集整理的机构运动实验方案设计，喜欢的小伙伴们不要错过啦。 机构运动实验方案设计1 1、掌握机构运动参数测试的原理和方法。了解利用测试结果，重新调整、设计机构的原理。 2、体验机构的结构参数及几何参数对机构运动性能的影响，进一步了解机构运动学和机构的真实运动规律。 3、熟悉计算机多媒体的交互式设计方法，实验台操作及虚拟仿真。独立自主地进行实验内容的选择，学会综合分析能力及独立解决工程实际问题的能力，了解现代实验设备和现代测试手段。 1、曲柄滑块机构及曲柄摇杆机构类型的选取。 2、机构设计，既各杆长度的选取。 3、动分析。 4、分析动态仿真和实测的结果，重新调整数据最后完成设计。 平面机构动态分析和设计分析综合实验台，包括：曲柄滑块机构实验台、曲柄摇杆机构实验台，测试控制箱，配套的测试分析及运动仿真软件，计算机。 1、曲柄摇杆机构综合试验台
①曲柄摇杆机构动态参数测试分析：该机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调。该机构的动态参数测试包括：用角速度传感器采集曲柄及摇杆的运动参数，用加速度传感器采集整机振动参数，并通过A/D板进行数据处理和传输，最后输入计算机绘制各实测动态参数曲线。可清楚地了解该机构的结构参数及几何参数对机构运动及动力性能的影响。 ②曲柄摇杆机构真实运动仿真分析：本试验台配置的计算机软件，通过建模可对该机构进行运动模拟，对曲柄摇杆及整机进行运动仿真，并做出相应的动态参数曲线，可与实测曲线进行比较分析，同时得出速度波动调节的飞轮转动惯量及平衡质量，从而使学生对机械运动学和动力学，机构真实运动规律，速度波动调节有一个完整的认识。 ③曲柄摇杆机构的设计分析：本试验台配置的计算机软件，还可用三种不同的设计方法，根据基本要求，设计符合预定运动性能和动力性能要求的曲柄摇杆机构。另外还提供了连杆运动轨迹仿真，可做出不同杆长，连杆上不同点的运动轨迹，为平面连杆机构按运动轨迹设计提供了方便快捷的虚拟实验方法。 2、曲柄滑块机构综合试验台 ①曲柄滑块动态参数测试及分析：该机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调，该机构的动态参数测试包括：用角速度传感器采集曲柄滑块的运动参数，用加速度传感器
2016年热工学实践实验内容 实验3 二氧化碳气体P-V-T 关系的测定 一、实验目的 1. 了解CO 2临界状态的观测方法，增强对临界状态概念的感性认识。 2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识，加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解。 3. 掌握CO 2的P-V-T 间关系测定方法。观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化，及经过临界状态时的气液突变现象，测定等温线和临界状态的参数。 二、实验任务 1．测定CO 2气体基本状态参数P-V-T 之间的关系，在P —V 图上绘制出t 为20℃、31.1 ℃、40℃三条等温曲线。 2．观察饱和状态，找出t 为20℃时，饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。 3．观察临界状态，在临界点附近出现气液分界模糊的现象，测定临界状态参数。 4．根据实验数据结果，画出实际气体P-V-t 的关系图。 三、实验原理 1. 理想气体状态方程：PV = RT 实际气体：因为气体分子体积和分子之间存在相互的作用力，状态参数（压力、温度、比容）之间的关系不再遵循理想气体方程式了。考虑上述两方面的影响，1873年范德瓦尔对理想气体状态方程式进行了修正，提出如下修正方程： ()RT b v v a p =-??? ? ?+2 （3-1） 式中: a / v 2 是分子力的修正项； b 是分子体积的修正项。修正方程也可写成 : 0)(23 =-++-ab av v RT bp pv （3-2） 它是V 的三次方程。随着P 和T 的不同，V 可以有三种解：三个不等的实根；三个相等的实 根；一个实根、两个虚根。 1869年安德鲁用CO 2做试验说明了这个现象，他在各种温度下定温压缩CO 2并测定p 与v ，得到了P —V 图上一些等温线，如图2—1所示。从图中可见，当t >31.1℃时，对应每一个p ，可有一个v 值，相应于（1）方程具有一个实根、两个虚根；当t =31.1℃时，而p = p c 时，使曲线出现一个转折点C 即临界点，相应于方程解的三个相等的实根；当t <31.1℃时，实验测得的等温线中间有一段是水平线（气体凝结过程），这段曲线与按方程式描出的曲线不能完全吻合。这表明范德瓦尔方程不够完善之处，但是它反映了物质汽液两相的性质和两相转变的连续性。 2．简单可压缩系统工质处于平衡状态时，状态参数压力、温度和比容之间有确定的关系，可表示为： F （P ，V ，T ）= 0
实验二 散热器性能实验 班级： 姓名： 学号： 一、实验目的 1、通过实验了解散热器热工性能测定方法及低温水散热器热工实验装置的结构。 2、测定散热器的散热量Q ，计算分析散热器的散热量与热媒流量G 和温差T 的关系。 二、 实验装置 1.水位指示管 2.左散热器 3. 左转子流量计 4. 水泵开关及加热开关组 5. 温度压差巡检仪 6.温度控制仪表 7. 右转子流量计 8. 上水调节阀 9.右散热器 10. 压差传感器 11.温度测点T1、T2、T3、T4 图1散热器性能实验装置示意图 三、实验原理 本实验的实验原理是在稳定的条件下测定出散热器的散热量： Q=GC P （t g -t h ） [kJ/h] 式中：G ——热媒流量， kg/h ； C P ——水的比热， kJ/Kg.℃； t g 、t h ——供回水温度， ℃。 散热片共两组:一组散热面积为：1m 2 二组散热面积为：0.975 m 2 上式计算所得散热量除以3.6即可换算成[W]。 低位水箱内的水由循环水泵打入高位水箱，被电加热器加热，并由温控器控制其温度在某一固定温度波动范围，由管道通过转子流量计流入散热器中，经其传热将一部分热量散入房间，降低温度后的回水流入低位水箱。流量计计量出流经每个散热器在温度为t g 时的体积流量。循环泵打入高位水箱的水量大于散热器回路所需的流量时，多余的水量经溢流管流回低位水箱。
四、实验步骤 1、测量散热器面积。 2、系统充水，注意充水的同时要排除系统内的空气。 3、打开总开关，启动循环水泵,使水正常循环。 4、将温控器调到所需温度（热媒温度）。打开电加热器开关，加热系统循环水。 5、根据散热量的大小调节每个流量计入口处的阀门，使之流量、温差达到一个相对稳定的值，如不稳定则须找出原因，系统内有气应及时排除，否则实验结果不准确。 6、系统稳定后进行记录并开始测定： 当确认散热器供、回水温度和流量基本稳定后，即可进行测定。散热器供回水温度 t g 与t h 及室内温度t均采用pt100.1热电阻作传感器，配数显巡检测试仪直接测量， 流量用转子流量计测量。温度和流量均为每10分钟测读一次。 G t =L/1000=L·10-3 m3/h 式中：L——转子流量计读值； l/h； G t ——温度为t g 时水的体积流量；m3/h G=G t ·ρ t （kg/h） 式中：G——热媒流量，（kg/h）； ρt——温度为t g时的水的密度，（kg/ m3）。 7、改变工况进行实验： a、改变供回水温度，保持水量不变。 b、改变流量，保持散热器平均温度不变。 即保持 2h g p t t t + =恒定8、求散热器的传热系数K 根据Q=KA（t p -t ） 其中：Q——为散热器的散热量，W K——散热器的传热系数，W/m2.℃ A ——散热器的面积，一种为0.975 m2，另一种为1 m2 t p ——供回水平均温度，℃ t ——室内温度，℃ 9、实验测定完毕： a、关闭电加热器； b、停止运行循环水泵； c、检查水、电等有无异常现象，整理测试仪器。 五、注意事项 1、测温点应加入少量机油，以保持温度稳定； 2、上水箱内的电热管应淹没在水面下时，才能打开，本实验台有自控装置；但亦应经常检查。
实验四机构运动参数测试 机构运动参数测试实验以曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、双曲柄机构和凸轮机构等典型运动机构作为被测对象。 本着理论联系实际的作法，在实验中必须将实验检测结果与理论数据进行对比，并从中分析实验误差产生的原因及其主要影响因素。因此，实验前大都需要按实验指导书规定的待定检测对象及其原始数据，通过在计算机上进行理论计算，求解理论数据，然后方可进行实验。 在进行实验操作之前，需要通过阅读实验装置的使用说明书，熟悉实验装置的工作原理和仪器仪表的使用操作方法。然后才能进行独立实验操作。 一、实验目的 1、通过运动参数测试实验，掌握机构运动的周期性变化规律，并学会机构运动参数如：位移、速度和加速度（包括角位移、角速度和角加速度）的实验测试方法； 2、通过利用传感器、工控机等先进的实验技术手段进行实验操作，熟悉LabVIEW软件的一些常用功能和程序的编写方法，训练掌握现代化的实验测试手段和方法，增强工程实践能力； 3、通过进行实验结果与理论数据的比较，分析误差产生的原因，增强工程意识，树立正确的设计理念。 二、实验装置及工具 1、实验装置的组成 （1）实验装置的特点 该实验以培养学生的综合设计能力、创新设计能力和工程实践能力为目标。打破了传统的演示性、验证性、单一性实验的模式，建立了新型的设计型、搭接型、综合性的实验模式。本实验提供多种搭接设备，学生可根据功能要求，自己进行方案设计，并将自己设计的方案亲手组装成实物模型。形象直观，安装调整简捷，并可随时改进设计方案，从而培养学生的创造性和正确的设计理念。 （2）实验装置的功用 实验中，可组合出：①曲柄滑块；②双曲柄；③摆动导杆；④曲柄摇杆；⑤滑块为输出构件的简单的平面六杆机构；⑥直动从动件凸轮机构；⑦摆动从动件凸轮机构实验台等多种典型
实验六 凸轮机构实验 一、实验目的 1.熟悉凸轮机构的结构组成，学会控制并观察它们的运动过程； 2.掌握机构运动参数测试的原理和方法，了解两种机构从动件位移、速度、加速度的变化规律。 二、实验设备及工具 1.凸轮机构实验台； 2.活动扳手，固定扳手，内六角扳手，螺丝刀，钢直尺。 三、 实验台结构及工作原理 1.凸轮机构实验台 凸轮机构实验台，由盘形凸轮、圆柱凸轮和滚子推杆组件构成，提供了等速运动规律 、等加速等减速运动规律、多项式运动规律、余弦运动规律、正弦运动规律、改进等速运动规律、改进正弦运动规律、改进梯形运动规律等八种盘形凸轮和一种等加速等减速运动规律的圆柱凸轮供检测使用，可拼装平面凸轮和圆柱凸轮两种凸轮机构。 主要构件尺寸参数如下： 盘形凸轮：基圆半径为 mm R 400= 最大升程为 mm H 15max = 圆柱凸轮：升程角为 150=α 升程为 mm H 5.38= 2.数据采集系统 实验台采用单片机与A/D 转换集成相结合进行数据采集，处理分析及实现与PC 机的通信，达到适时显示运动曲线的目的。该测试系统先进、测试稳定、抗干扰性强。同时该系统采用光电传感器、位移传感器作为信号采集手段，具有较高的检测精度。数据通过传感器与数据采集分析箱将机构的运动数据通过计算机串口送到PC 机内进行处理，形成运动构件运动参数变化的实测曲线，为机构运动分析提供手段和检测方法。 本实验台电机转速控制系统有两种方式：手动控制：通过调节控制面板上的液晶调速菜
单调节电机转速。软件控制：在实验软件中根据实验需要来调节。其原理框图如下: 四、注意事项 1.机构运动速度不易过快。 2.机构启动前一定要仔细检查联接部分是否牢靠；手动转动机构，检查曲柄是否可整转。 3.运行时间不宜太长，隔一段时间应停下来检查机构联接是否松动。 4.因振动和干扰等原因，采集曲线会有毛刺。 六、实验报告及思考题 1.选取合理的数据，绘制凸轮机构的从动件运动规律曲线（主动件旋转一周,从动件的位移、速度、加速度的变化规律）。 2.试举两个例子说明凸轮机构各有何运动特点？并说明其结构组成。
摘要：主要介绍了应用于光纤通信中的各种光无源器件的种类、作用、原理和技术指标，并对部分主要的光无源器件有较深入的分析和工艺考虑，如光纤光缆活动连接器、光衰减器、光开关、波分复用器等，较为详细地介绍了这些光无源器件的特点及用途。 关键字：光纤通信光无源器件种类作用原理技术指标 光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。相对于光电器件，如半导体激光器、发光二极管、光电二极管以及光纤放大器等光“有源器件”而言，这一类本身不发光、不放大、不产生光电转换的光学器件，常被称之为光“无源器件”。 一、光无源器件原理、作用及指标 它是一种光学元器件，其工艺原理遵守光学的基本规律及光线理论和电磁波理论、各项技术指标、多种计算公式和各种测试方法，与纤维光学、集成光学息息相关；因此它与电无源器件有本质的区别。光无源器件的种类繁多，功能及形式各异，但在光纤通信网络里是一种使用性很强的不可缺少的器件。主要的无源器件有光纤连接器、光缆连接器、光纤耦合器、光开关、光复用器(合波器和分波器)、光分路器、光隔离器、光衰耗器、光滤波器，等等。
它的作用概括起来主要是：连接光波导或光路；控制光的传播方向；控制光功率的分配；控制光波导之间、器件之间和光波导与器件之间的光耦合；以及合波和分波等作用。评价光无源器件的主要技术指标包括：插入损耗、反射损耗、工作带宽、带内起伏、功率分配误差、波长隔离度、信道隔离度、信道宽度、消光比、开关速度、调制速度等等。不同的器件要求有不同性质的技术指标。但是，绝大多数的光无源器件都要求插入损耗低、反射损耗高、工作带宽宽等。 二、光无源器件种类 (一)光纤光缆活动连接器 1.含义即原理应用 光纤光缆活动连接器是连接两根光纤光缆形成连续光通路且可以重复装拆的无源器件；它还具有将光纤光缆与有源器件，光纤光缆与其他无源器件，光纤光缆与系统和仪表进行活动连接的功能。活动连接器伴随着光通信的发展而发展，现在已形成门类齐全、品种繁多的系统产品，是光纤应用领域中不可缺少的、应用最广泛的基础元件之一。 2.光纤光缆活动连接器类型 按其功能可以分成如下几部分：连接器插头、光纤跳线、转换器、变换器等。这些部件可以单独作为器件使用，也可以合在一起成为组件使用。实际上，一个活动连接器习惯上是指两个连接器插头加一个转换器。 连接器插头：使光纤在转换器或变换器中完成插拔功能的部件称为插头，连接器插头由插针体和若干外部机械结构零件组成。两个插头在插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接；插头的机械结构用于对光纤进行有效的保护。插针是一个带有微孔的精密圆柱体。 光纤跳线：将一根光纤的两头都装上插头，称为跳线。连接器插头是跳线的特殊情况，即只在光纤的一头装有插头。在工程及仪表应用中，大量使用着各种型号、规格的跳线，跳线中光纤两头的插头可以是同一型号，也可以是不同的型号。跳线可以是单芯的，也可以是多芯的。跳线的价格主要由接头的质量决定。因而价格也相差较大。在选用跳线时，本着质优价廉去选是不错，但一定不要买质次价低的产品。 转换器：把光纤接头连接在一起，从而使光纤接通的器件称为转换器，转换器俗称法兰盘。在CATV系统中用得最多的是FC型连接器；SC型连接器因使用方便、价格低廉，可以密集安装等优点，应用前景也不错，除此地外，ST型连接器也有一定数量的应用。 变换器：将某一种型号的插头变换成另一型号插头的器件叫做变换器，该器件由两部分组成，其中一半为某一型号的转换器，另一半为其它型号的插头。使用时将某一型号
课程设计报告 学生姓名:学号：2012307010936 学院:自动化工程学院 班级: 自动卓越121 题目: 热工参数检测仪表 刘口 指导教师：职称: 实验师 201年月日
目录 第一章题目背景及意义 (1) 第二章第二章设计题目介绍 (1) 2.1设计目的 (1) 2.2设计内容及要求 (1) 2.3设计工作任务及工作量的要求 (1) 2.4设计成果形式及要求 (2) 第三章压力表的检定 (2) 3.1压力表的概述 (2) 3.2压力表简介 (2) 3.2.1压力表原理 (2) 3.2.2压力表构造 (3) 3.2.3性能分类 (3) 3.3压力表检定方法 (3) 3.4计量器具 (4) 3.5示值误差、回城误差和敲定位移的检定 (4) 3.6实验操作步骤 (4) 3.7结果处理 (4) 3.8误差分析 (5) 3.9测量结果 (6) 第四章热电阻的检定 (7) 4.1热电阻概述 (7) 4.2热电阻工作原理 (7) 4.3热电阻允差 (7) 4.4热电阻的检定方法 (8) 4.5检定设计方法 (8) 4.6实验操作步骤 (8)
4.7结果处理 (8) 4.8误差分析 (9) 4.9检定结果 (9) 第五章流量计的检定 (16) 5.1流量计概述 (16) 5.2转子流量计工作原理 (16) 5.3流量计检定方法 (17) 5.4测量工作原理和主要技术参数 (17) 5.5实验操作步骤 (17) 5.6数据处理 (18) 5.7误差分析 (18) 第六章总结 (19) 参看文献 (19)
第一章题目背景及意义 电厂热工检测技术及仪表是电厂热工自动化的重要内容之一，所要完成的任务就是为运行操作人员及时、准确和方便的反应生产过程运行情况的各种物理量、化学量以及生产设备的工作状态并自动的进行检查和测量，以便监督生产过程的进行情况和趋势，电厂热工过程自动化是随着火力发电事业的发展而发展起来的。在火电厂锅炉和汽轮机都装有大量的检测仪表，其中包括传感器、变送器、显示仪表和记录仪表等。他们随时显示、记录、累积和变送机组运行各种参数，以便进行必要的操作和控制，保障机组安全经济的运行。 总之，检测仪表是保障生产过程安全经济运行及实现自动化的前提条件和必要条件，配备完善的自动监测系统能够为操作人员提供操作数据，为自动化装备提供准确及时的测量信号，为宏观技术管理提供参考依据，可以改善运行和检修人员的劳动条件，提高劳动效率和设备可靠性。 第二章设计题目介绍 2.1设计目的 通过本课程的学习，学生应达到如下基本目标：使学生了解热工系统中常用的压力、温度及流量等热工参数的特性及检测的方法，熟练掌握这些测量仪表的使用方法，能对常用测量仪表的精度进行校验。 2.2设计内容及要求 （1）根据《压力控制器检定规程JJG 544-2011》及《弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程JJG 52-1999》的要求对压力控制器和压力表进行检验，并给出检定报告。 （2）根据热电偶及热电阻检定规程，使用热工检定系统对热电偶或热电阻进行校验，并给出检定报告，报告格式见指导书。 （3）根据《冷水水表检定规程JJG162-2009》，利用流量试验台对流量表进行检定并给出相应的检定报告。 （4）熟练使用磁翻柱式、差压式液位计的使用方法。 2.3设计工作任务及工作量的要求 （1）课程设计报告（题目介绍、背景意义、要求及实验过程等）；
光无源器件 摘要 目录- 1. 2.1概念 3.2品种 4.3测试图 5. 6.4原理及应用 概念 光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。 品种 ▲ FC、SC、ST、LC等多种类型适配器 ▲ 有PC、UPC、APC三种形式 ▲ FC、SC、ST、LC等各种型号和规格的尾纤（包括带状和束状），芯数从单芯到12芯不等。 测试图 光无源器件测试是光无源器件生产工艺的重要组成部分，无论是测试设备的选型还是测试平台的搭建其实都反映了器件厂商的测试理念，或者说是器件厂商对精密仪器以及精密测试的认识。不同测试设备、不同测试系统搭建方法都会对测试的精度、可靠性和可操作性产生影响。本文简要介绍光无源器件的测试，并讨论不同测试系统对精确性、可靠性和重复性的影响。 在图一所示的测试系统中，测试光首先通过偏振控制器，然后经过回波损耗仪，回波损耗仪的输出端相当于测试的光输出口。这里需要强调一点，由于偏振控制器有1～2dB插入损耗，回波损耗仪约有5dB插入损耗，所以此时输出光与直接光源输出光相比要小6～7dB。可以用两根单端跳
线分别接在回损仪和功率计上，采用熔接方式做测试参考，同样可采用熔接方法将被测器件接入光路以测试器件的插损、偏振相关损耗(PDL)和回波损耗(ORL)。 该方法是很多器件生产厂商常用的，优点是非常方便，如果功率计端采用裸光纤适配器，则只需5次切纤、2次熔纤(回损采用比较法测试*)便可完成插损、回损及偏振相关损耗的测试。但是这种测试方法却有严重的缺点：由于偏振控制器采用随机扫描Poincare球面方法测试偏振相关损耗，无需做测试参考，所以系统测得的PDL实际上是偏振控制器输出端到光功率计输入端之间链路上的综合PDL值。由于回损仪中的耦合器等无源器件以及回损仪APC的光口自身都有不小的PDL，仅APC光口PDL值就有约0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL测试值系统误差较大，测试的重复性和可靠性都不理想，所以这种方法不是值得推荐的方法。改进测试方法见图2所示。 在图2测试系统中，由于测试光先通过回损仪再通过偏振控制器，所以光源输出端与偏振控制器输入端之间的光偏振状态不会发生大的变化，也就是说系统可测得较准确的DUT PDL值。然而问题还没有解决，PDL是可以了，但回波损耗测试却受到影响。我们知道，测试DUT回波损耗需要先测出测试系统本身的回光功率，然后测出系统与DUT共同的回光功率，相减得出DUT回光功率。从数学上容易理解，系统回光功率相对越小，DUT回损值的精确度、可靠性以及动态范围就会越好，反之则越差。在第二种系统中，系统回光功率包含了偏振控制器回光功率，所以比较大，进而限制了DUT回损测试的可靠性和动态范围。但一般而言，只要不是测试-60dB以外的回损值，这种配置的问题还不大，因此它在回损要求不高的场合是一种还算过得去的测试方法。除了上述两种测试方案以外，还有一种基于Mueller矩阵法的测试系统(图3)。 这种测试系统采用基于掺铒光纤环的可调谐激光器(EDF TLS)而并非普通外腔式激光器，这点很重要，后文还有论述，此外它还加上Mueller 矩阵分析法专用的偏振控制器、回损仪和光功率计。由于采用Mueller 矩阵法测试PDL时要求测试光有稳定的偏振状态，所以可调谐光源与偏振控制器之间以及偏振控制器与回损仪之间要用硬跳线连接，这样可以排除光纤摆动对测试的影响。用Mueller矩阵法测试PDL需要做参考，所以在一定程度上可以排除测试链路对PDL测试的影响，因此这个系统可以得到较高的PDL测试精度以及回损与插损精度，测试的可靠性和可操作性都很好。在该系统中每个测试单元不是独立地工作，它们必须整合为一体，可调谐光源不停扫描，功率计不停采集数据，测试主机分析采集所得数据，最后得出IL、PDL和ORL随波长变化的曲线。这种方法目前主要用在像DWDM器件等多通道器件测试上，是目前非常先进的测试方法。 上述三种测试方法中，笔者认为除了最后一种方法是测试DWDM多通道器件实现快速测试的最佳方案以外，其它两种方法都不足取，原因是它们都一味强调方便，而忽略了精密测试的精确、可靠性及重复性的要求。这也是为什么很多器件厂家测试同样的产品，今天测和明天测结果会大相径庭的原因。解决办法参见图4的耦合器测试装配方式。 利用图4的配置可以一次得出器件的回损和方向性参数，以及器件PDL和平均IL。由于测试激光光源为偏振光源，这样对于器件插损测试就
喷水室热工性能测定实验讲义 一、实验目的 喷水室是将喷淋的水与被处理的空气直接接触的一种空气热湿处理设备，在喷水室中喷不同温度的水，可以实现七种空气处理过程（如图）。 图中七种空气处理过程是喷水室中的处理过程。实际过程中，空气终态点达不到饱和线（ψ=100%）上，且水温自始至终在变化，其终温低于理想终温。实际过程接近理想过程的程度如何，取决于喷水室的热工性能。本实验根据实验时的季节和现有实验条件选择以上七种空气处理过程之一作喷水室热工性能测定。 二、实验原理 喷水室的热工性能是用所谓热交换效率系数和接触系数来评价的。喷水室的热交换效率系数E （亦称第一热交换效率）： E = 1-（ts 2-tw 2）/(ts 1-tw 1) (1) 喷水室的接触系数E`（亦称第二热交换效率）： E`=1-（t 2-ts 2）/(t 1-ts 1) (2) (1)式和（2）式中， t 1、ts 1—空气初态的干、湿球温度； t 2、ts 2--空气终态的干、湿球温度； tw 1 、tw 2—水的初温、终温。 对于某一个既定的空气处理过程，在喷水室实验台上测出的空气初态，终态的干、温球温度，水的初温、终温，就可以按（1）、（2）式求出实验的喷水室的 A t 2=t l t 4=t S t 6=t A φ = 100％ Pq 6 Pq 4Pq 2
两个热交换效率E和E`。 影响喷水室的两个热交换效率E和E`的因素很多，但对一定的空气处理过程而言对它们起主要影响的是： 1)空气质量流速vp kg/m2·s; 2)喷水系数μ（μ=W/G， W—水量，kg/h；G—空气量，kg/h）； 3）喷水室的结构特性（主要是指喷嘴排数，喷嘴密度，。排管间距、喷嘴类型、喷嘴孔径和喷水方向等）。两个热交换效率E和E`与空气处理过程，喷水室结构特性及VpU的关系是用实验方法得出的如下形式的实验公式（卡尔皮斯公式）： E=A (Vp)m U n （3） E`=A` (Vp)m U n` （4） 对于一个既定的空气处理过程，当喷水室结构特性一定时，（3）、（4）中的A、A`、m、m`、n、n`均有确定的值。（参阅《空气调节》教材附录3-1）。如果实验条件与卡尔皮斯公式的系数和指数之实验条件相符，则用公式（1）、（2）所得到的EE`应该分别与用公式（3）(4)所算得的EE`相符合。 三、实验仪器 水银干、湿球温度计，量程0--50°C，分度0.1°C-t1, ts1,t2,ts2测量； 水银温度计，0--50°C，分度0.1°C—tw1,tw2测量； 毕托管、倾斜微压计—空气动压测量，求测量断面平均风速V； 流量喷嘴，双管水银差压计—水量W测量； 弹簧压力表—喷嘴前水压监视。 四、实验步骤 1、看懂实验指导书和实验装置图（见附图），并结合现场实验装置，检查各实验仪器的位置和安设； 2、风机、水泵启动前应先后检查： 1)风机：用手转动离心风机皮带，使叶轮按规定旋转方向转数圈，在旋转中如发现有故障，应查明原因后及时排除，风机的光圈阀在风机启动前应置于关闭位置，以备风机空载启动； 2)水泵：用手转动离心水泵的联轴器，使泵轮按正常旋转方向转数圈。在旋转中如发现转轴过紧或过松，或发现其他故障，应采取措施，使水泵处于启动前的正常状态。水泵的出水阀门在水泵启动前应关闭，以备水泵空载启动； 3)喷水室前后干、湿球湿度计：检查浸有湿球纱布的小水瓶是否有水，若缺水或少水应注满水（以蒸馏水为宜）。开启取样风机，检查运转是否正常，检查取样管是否漏气； 4)毕托管和微压计：毕托管和微压计用在喷水室后面的方形喉管处，以测定该处断面上的平均风速，使用前将微压计置平，定妥常数K值，置手柄“校准”位置后，进行微压计调零。然后，用橡皮将毕托管与微压计相连，检查橡皮管是
光无源器件就是不含光能源的光功能的器件，是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。因其具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等领域。 光无源器件在光路中都要消耗能量，插入损耗是其主要性能指标。光无源器件包括光纤连接器、光开关、光衰减器、光纤耦合器、波分复用器、光调制器、光滤波器、光隔离器、光环行器等。它们在光路中分别可实现连接、能量衰减、反向隔离、分路或合路、信号调制、滤波等功能。光无源器件有很多种，本文将讲述常用的几种—光纤衰减器、光纤环形器、光纤准直器、光纤隔离器、光纤传感器、光纤合束器和光纤起偏器。 光纤衰减器 光纤衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件，是光纤CATV 中的一个不可缺少的器件。从市场需求的角度看，一方面光衰减器正向着小型化、系列化、低价格方向发展。另一方面由于普通型光衰减器已相当成熟，光衰减器正向着高性能方向发展，如智能化光衰减器，高回损光衰减器等。到目前为止市场上已经形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。 任何光纤系统传输数据的能力取决于接收器的光功率，如下图所示，其显示了接收光功率作用下的数据链路误码率。（误码率是信噪比的倒数，例如误码率越高表示信噪比的信号越低。）无论功率过高或者过低都会导致较高的误码率。光无源器件常见类型
功率过高，接收放大器饱和，功率过低，可能会干扰信号产生噪音等问题。光纤衰减器主要用于调整光功率到所需标准。 光纤环形器 光纤环形器为非互易设备，只能沿单方向环行，反方向是隔离的。 光纤环形器除了有多个端口外,其工作原理与光纤隔离器类似,也是一种单项传输器件,主要用于单纤双向传输系统和光分插复用器中。
【实验名称】室内外热环境测试 【实验性质】综合性实验 【实验任务】测试不同类型建筑、不同建筑空间的热环境，对室外气象因素对室内热环境的影响进行分析，并根据分析结果针对建筑热工设计提出结论性意见。 【实验目的】 通过实验，使学生了解室内外热环境参数测定的基本内容，初步掌握仪器仪表的性能和使用方法，进一步感受和了解室外气象因素对建筑热环境的影响。 【实验内容】 建筑室内外热环境参数的测定主要分为室内热环境测定和室外热环境测定两部分。其中：室内热环境参数的测量主要包括2个方面的内容： ■温度的测定 ■空气相对湿度的测定 室外热环境参数的测试同样主要包括2个方面的内容： ■温度的测定 ■空气相对湿度的测定 ■风环境的测定 【实验仪器设备】 1、室内热环境的测定主要使用TESTO174H温湿度记录仪。 2、室外热环境参数的测定主要使用温湿度记录仪及8910便携气象站。 【实验方法和步骤】 1、室内热环境参数的测定 （1）将记录仪与计算机连接，设置记录仪时间及存储间隔等信息； （2）选择测点，注意避免测点受到日照等因素的影响； （3）选择完整时间段对选定测点和室外温湿度进行测试； （4）上传数据，进行数据整理和处理； （5）结合测点房间的特点（建筑形式、外环境、布局、朝向、围护结构等等）对实测数据的差异进行分析，提出建筑热工设计的改进型意见及设计原则； 测点A 位于建艺馆地下一层综合实验室西侧，有西向外墙外窗，有采暖； 测点B位于建艺馆地下一层综合实验室西侧，无外墙外窗，有采暖，暖气配置较少； 测点C 位于建艺馆地下一层综合实验室构造展室，无外墙外窗，无采暖；
【数据整理】 根据提供的数据图表选择所研究的时间段（周期10个小时），将对应的时刻、数据参数填入表格。 【分析】 根据数据结果分析同样外扰作用下不同室内环境的原因。 【结论及建议】 根据分析结果，归纳建筑热环境影响因素及其影响机理，提出通过建筑设计和设备等多种措施改善室内热环境的建议。
实验一、机构运动参数的测试和分析实验 一、实验目的 1．掌握机构运动的周期性变化规律，并学会机构运动参数如位移、速度和加速度等的测试原理和方法； 2. 学会运用多通道通用实验仪器、传感器等先进实验技术手段开展实验研究的方法； 3. 利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理，作出实测的动态参数曲线，并通过计算机对该平面机构的运动进行数值仿真，作出相应的动态参数曲线，从而实现理论与实际的紧密结合。 二、实验内容 1.测试曲柄导杆机构、曲柄滑块机构、凸轮机构等机构的构件转角、移动位移等运动参数； 2．比较实测参数曲线与理论仿真曲线的差异。 三、实验仪器 QTD-III型曲柄、导杆、凸轮组合实验台 该组合实验装置，只需拆装少量零部件，即可分别构成四种典型的传动系统。他们分别是曲柄滑块机构、曲柄导杆机构、平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构。具体结构示意图如下图所示。 （a）曲柄滑块机构
（b）曲柄导杆机构 （c）平底直动从动件凸轮机构 （d）滚子直动从动件凸轮机构 1、同步脉冲发生器 2、涡轮减速器 3、曲柄 4、连杆 5、电机 6、滑块 7、齿轮8、光电编码器9、导块 10、导杆11、凸轮12、平底直动从动件 13、回复弹簧14、滚子直动从动件15、光栅盘 四、实验原理 本实验仪由单片机最小系统组成。外扩 16 位计数器，接有 3 位 LED 数码显示器可实时显示机构运动时曲柄轴的转速，同时可与 P C 机进行异步串行通讯。在实验机构动态运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换输出具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比），０－５伏电平的两路脉冲，接
实验题目：建筑热工参数测定实验 实验步骤： 1. 运用电子微风仪，将电子微风仪放置在室外阳面开阔地迎风测量并读数，将电子微风仪放置在 室外阴面开阔地迎风测量并读数；在走廊选择四个点，确定无其它干扰后读数；将电子微风仪 分别放置在室内阴阳面教室内测量并读数。 2. 运用温湿度计，将温湿度计分别放置在室内阴阳面教室，室外阴阳面空地以及走廊的四个测量点 进行测量，待其稳定后读数。 3. 运用数字温度仪，分别在室内阴阳面教室内距离墙脚0m、0.5m、1m、1.5m处测量，待其稳定后 读数；分别在室内阴阳面教室内与墙脚有0m、0.5m、1m、1.5m高差处测量，待其稳定后读数。 分别在室外阴阳面距离墙脚0m、0.5m、1m、1.5m处测量，待其稳定后读数；分别在室外阴阳面教室内与墙脚有0m、0.5m、1m、1.5m高差处测量，待其稳定后读数。 实验测试表格及简单说明： 表一：空气温湿度及风速数据表
实验结果分析及结论： 结果分析： 1.温度： 室内温度明显高于室外，室外阳面温度高于室外阴面温度，阳面教室温度高于阴面教室温度层数越高，温度越高，阳面教室温度最高。 建筑物室内外阳面与阴面的表面温度相比，无论是墙面还是地面的表面温度，阳面的表面温度都要远高于阴面的表面温度。 室外地面表面温度随距墙距离的变化而变化；墙面温度随距地距离的变化而变化。 由于受到天气与地面材质的不同影响，室外墙面和地面温度随距离不同而产生不同变化 室内外墙面表面温度随高度的增高普遍呈增高趋势。外墙面受其他因素影响有轻微波动。 2.湿度 室内外湿度变化较大，室内湿度明显高于室外湿度，而室内不同地点的湿度变化则不大，在一定的范围内浮动。室内外湿度变化受到多方面因素影响，例如阴阳面、周边的绿化情况等不同，在不同地点测出的湿度数据统计结果处于上下波动的状态。大体上室内外各地方的湿度变化不明显，在一定的范围内浮动，阳面的湿度相对于阴面较小 3.风速 室外风速远大于室内，阳面的风速达到1.6m/s，远大于阴面。 由室内外风速表中数据的变化可知，室外风速远大于室内风速。建筑物内部由于通风条件的不同风速也有明显变化。 结论: 通过实验以及分析，我们可以得出土木教学馆的墙地面保温效果较为一般，室内外温差相差1℃左右，墙体保温效果不太明显，不及地面保温效果，阴阳面温差较大，阴面教室比较阴冷，但湿度相对室外仍然比较可观舒适。
光无源器件技术综述万助军中科院上海微系统与信息技术研究所博士 生上海上诠光纤通信设备有限公司技术顾问光无源器件是光纤通信中不可或缺的部分，本文综合介绍各种光无源器件技术原理、特摘要：光纤准直器设计等°减反射角、点以及部分工 艺考虑，内容包括高斯光束能量耦合、光纤头的8单元技术和光纤连接器、晶体光学器件、波分 复用器、光开关等器件技术，希望对从事光无源器件设计和制造的工程师有参考作用。FBT 关键词：光无源器件，准直器，隔离器、环形器、光开关、言绪一.适应信息社会对通 信容量的要求，光纤通信已经取代电子通信。低损耗光纤、半导体激使光纤通DWDM+EDFA光器和掺铒光纤放大器是使光纤通信成为可能的三个关键因素，而信容量得到空前扩展。在光纤通信系统中，各种光无源器件扮演着不可或缺的角色，本文将[1]综合介绍各种光无源器件技术原理及特点。下文的组织结构是，第二部分介绍光无源器件中用到的基础知识和单元技术；第三部分对光纤连接器的一些特性进行分析；第四部分介绍各种晶体光学器件的结构、原理和发展情况；第五部分介绍波分复用器的原理和结构；第六部分介绍各种光开关的原理、结构和特点；第七部分介绍各种光衰减器的原理、结构和特点；第八部分介绍光纤熔融拉锥器件的基本原理和各种具体器件的实现方式；第九部分为全文总结。需要说明的是，限于本文作者的知识水平和研究经历，对某些技术有较深入的分析，如型波分复用器和光纤熔融拉光纤头、光纤准直器、光纤连接器、光隔离器、光环形器、Filter、光开关和可调光衰减器等，这锥器件等，对某些技术则大致介 绍结构和原理，如Interleaver些都是为了聊补本文的完整性，以顶住光无源器件技术综述这顶帽子。考虑本文的读者对象是从事光无源器件设计和制造的工程师，作者尽量少用复杂的公式，但在某些场合，公式有50个公式。助于理解问题和 说明一些重要结论，因此本文中仍出现多达基础知识和单元技术二. 高斯光束的能量耦合1.在尾纤为单模光纤的光无源器件中，光束可用高斯近似处理，器件的耦合损耗可用高斯光束之间的耦合效率进行分析。两束高斯光束之间的能量耦合效率，取决于二者的光场叠加[2-4]。比率，可用（1）式计算 2*??dxdyE?E21?T（1） 22????dxdyE?dxdyE21 两束高斯光束之间的耦合，可能存在三种失配模式：径向失配X、轴向失配Z 和角向失配θ，如图1所示。耦合失配造成光场重叠误差，从而影响耦合效率，根据（1）式计算得到1 耦合损耗与各种失配量之间的关系如图2所示，其中取光束束腰半径分别为200um和5um作对比，分别对应一般准直器和光纤的模场半径。束腰半径为200um的高斯光束，对角向失配比较敏感，对径向失配次之，对轴向失配则有较大容差；束腰半径为5um的高斯光束，对轴向失配比较敏感，对径向失配次之， 对角向失配则有较大容差。
课题十一凸轮机构运动参数的测定凸轮机构主要是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。从动件与凸轮轮廓接触，传递动力和实现预定的运动规律故从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线。由于组成凸轮机构的构件数较少，结构比较简单，只要合理地设计凸轮的轮廓曲线就可以使从动件获得各种预期的运动规律。 凸轮机构能将主动件的连续运动转变为从动件的移动或转动，因而广泛用于各种机械中，特别是自动机械、自动线中的机械控制装置中。 1．凸轮机构运动参数的测定实验台及其工作原理 进行凸轮机构运动参数的测定实验台有多种形式，现以如图11—1所示的连杆机构与凸轮组合实验台，完成凸轮机构运动参数的测定。 图11—1 连杆机构与凸轮组合实验台 a）b）
图11—2 凸轮机构实验台的运动简图 1--同步脉冲发生器 2—减速器 3--电机 4—传感器 5--光栅盘 6--凸轮 7--平底直动从动件 8--回复弹簧 9--滑块 10--滚子直动从动件 如图11—2a）、b）所示，凸轮机构的实验台是电机、减速器、凸轮、直动从动件、滑块、传感器、同步脉冲发生器、光栅盘和回复弹簧等组成。 通过调速器调节电机的转速输出后，经蜗杆减速器带动凸轮转动，驱动从动件运动，其位移量通过直线位移传感器由模/数转换模块在嵌入式计算机系统的控制下，将位移量转换成数字信号，计算出其往复移动的周期、线速度、线加速度等机构运动参数。也可更换不同廓线的盘形凸轮，从而调节从动件的偏心距。 2．凸轮机构运动参数的测定实验注意事项 (1) 调节电机的转速时应缓慢转动调速旋钮，在关闭实验台电源前，应将电动机的转速调到最小。 (2) 用手转动凸轮盘1～2 周，检查各运动构件的运行状况，各螺母紧固件应无松动，各运动构件应无卡滞现象。 (3) 测试时，凸轮的转速不应过高，以免产生大的冲击，造成零件损坏。 (4) 调节从动件偏心距时，偏心距不宜过大，否则有可能使凸轮机构卡死，造成零件损坏。 2．凸轮机构运动参数的测定的操作过程 (1) 按要求组装凸轮机构，分析凸轮机构的组成。 (2) 轻轻转动凸轮，分析凸轮机构的运动特性，找出基圆、推程、远休止程、回程、近休止程，并量出对应的推程角、远休止角、回程角、近休止角。 (3) 以从动件在最低位置开始，轻轻转动凸轮，每转5°，量出从
机构运动与力参数测试实验报告 院、系机电学院专业班级机械113 姓名丘雄锋同组人刘栋、陈均铨、李楚旭、何嘉豪、张黎明、乔攀、李佩斌 实验日期2013 年 4 月28 日 一、机构运动方案设计（绘制机构运动简图，简要说明其结构特点和工作原理及使用场合） 1滑块；2连杆；3同轴的皮带轮和齿轮； 4皮带；5皮带轮；铰链B固定在齿轮上 自由度计算： F=3×4-（2×5+1）=1 结构特点：上图实际为曲柄滑块机构，曲柄滑块机构具有的运动副为低副（上图所示机构有一组皮带轮构成的高副），构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点
工作原理：此机构常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动，而上图为前者，即将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动。其具体工作原理为：由电机带动皮带轮5顺时针转动，从而带动结构3转动，再通过连接在齿轮上的连杆2带动滑块1做往复直线运动。 使用场合：自动送料机构、冲床、内燃机、空气压缩机等。 二、绘制平面机构的运动学曲线s、v和a曲线。
三、根据数据曲线分析搭建的机构，包括是否有运动冲击，运行状况如何。并分析波动、冲击、不稳定的原因。 根据搭建机构及数据曲线图分析，运动有几个局部位置有运动冲击，但对整体影响不大，运行状况较为顺利。 1、根据角位移图分析，可看出角速度线并不是水平直线，而是有一个微小的上下跳动的幅度。其产生的原因可能是电机本身频率不稳定，或者是滑块来回摩擦系数不一致产生。 2、根据直线位移曲线图，可看出位移曲线并不是光滑的曲线,在波峰跟波谷都有一段是直线。与直线的末端相连的曲线一开始便有较大的斜率，这会对测量器材造成一定的冲击，同时也造成机构也不稳定。排除构件连接之间的偏差，为了更好得测量滑块的往复直线运动，而不导致滑块卡死，连接滑块的测量器材在连接节点有较大的松弛度，从而导致滑块在最左端和最右端时有一段测量的空窗期，导致不能测量进而产生速度曲线的波峰、波谷有一段直线。