傳輸機(jī)理論文范文
時(shí)間:2023-03-29 17:12:32
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篇1
關(guān)鍵詞:藍(lán)光盤密集波分復(fù)用
隨著藍(lán)光盤攝像機(jī)和錄像機(jī)的出現(xiàn),電視傳媒行業(yè)從傳統(tǒng)磁帶記錄走向了光盤記錄。雖然這是光技術(shù)在廣電領(lǐng)域應(yīng)用的一小步,卻是廣電科技與時(shí)俱進(jìn)的一大步。
大約40年前,人類已經(jīng)擁有第一根海底光纜。光通訊,在電信高端領(lǐng)域,方興未艾。時(shí)至今日,在實(shí)驗(yàn)室,日本NEC和法國阿爾卡特公司分別實(shí)現(xiàn)了總?cè)萘繛?0.9Tb/s(273x40Gb/s)和總?cè)萘繛?0.2Tb/s(256x40Gb/s)的傳輸容量最新世界記錄。而單模光纖的無中繼傳輸已經(jīng)達(dá)到4000KM。從技術(shù)上看,再有5年左右的時(shí)間,實(shí)用化的最大傳輸鏈路容量有可能達(dá)到5-10Tb/s。簡言之,網(wǎng)絡(luò)容量將不會(huì)受限于傳輸鏈路。
以下我們分別對(duì)光存儲(chǔ)和光傳輸方面做以詳細(xì)闡述。
一光存儲(chǔ)
資訊對(duì)儲(chǔ)存容量需求日增,光存儲(chǔ)技術(shù)在記錄密度、容量、數(shù)據(jù)傳輸率、尋址時(shí)間等關(guān)鍵技術(shù)上有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑI(yè)界一直在積極開發(fā)更高容量的各種儲(chǔ)存技術(shù)。藍(lán)紫色激光存儲(chǔ)技術(shù)(Blue-VioletLaser)、磁光盤存儲(chǔ)技術(shù)、做為硬盤(HDD)技術(shù)和磁光盤技術(shù)的結(jié)合的近場光盤技術(shù)超解析度儲(chǔ)存技術(shù)(SuperRENS)、3D立體儲(chǔ)存技術(shù)(MultiLayers;MultiLevel)以及熒光多層光盤技術(shù)FDM(FluorescentMultilayerDisc)等相繼問世。
傳統(tǒng)CD和DVD上有一層薄薄的反射層,和許多肉眼看不見的凹凸,它包含二進(jìn)制信息。為了從這些盤片上讀出數(shù)據(jù),由一個(gè)半導(dǎo)體激光發(fā)生器產(chǎn)生特定波長的激光束,射向旋轉(zhuǎn)中的光盤片,然后反射光通過棱鏡和透鏡構(gòu)成的組鏡機(jī)構(gòu)再射向接收數(shù)據(jù)的光電裝置,而這個(gè)光電裝置連接的電路能夠辯識(shí)出激光所反射回來的數(shù)據(jù)。在光盤上,數(shù)據(jù)是凹槽(pits)及平面(lands)的型式來加以編碼,而光電裝置的電路能辯識(shí)出激光射中的平面及射中凹槽的所走距離差這就稱為相位提升(PhaseShift),而這個(gè)技術(shù)就是在光盤中資料儲(chǔ)存與讀取的基礎(chǔ)。經(jīng)由光電讀取裝置,反射回到的凹槽與平面的變化將會(huì)轉(zhuǎn)換成1與0的數(shù)位訊號(hào),從而構(gòu)成數(shù)據(jù)流特征。DVD之所以容量比CD大,無非是在同樣面積的盤片上凹凸更多罷了。若要有效地縮小記錄點(diǎn)大小以提升記錄密度,必須使用短波長的光源;或者使用高折射系數(shù)的介質(zhì);或者提升透鏡的NA(數(shù)值孔徑)值。顯然在一個(gè)存儲(chǔ)容量巨大的盤片上,紅色激光根本無法辨識(shí)那么多更密集的凹凸了。因此索尼及其它公司紛紛轉(zhuǎn)向藍(lán)色激光的研究。藍(lán)色激光的波長較短,因此驅(qū)動(dòng)器可以辨識(shí)出更小半徑的凹凸,盤片的容量就可以做的更大。現(xiàn)在的藍(lán)光盤技術(shù)不管是日歐韓9家AV產(chǎn)品制造商聯(lián)合制定的新一代光盤規(guī)格"藍(lán)光光盤",還是東芝和NEC向DVD論壇提出的"AOD(高級(jí)光盤,暫定名)"規(guī)格,只不過是商家為自己謀求更高的商業(yè)利潤而制定的不同的標(biāo)準(zhǔn)罷了。就核心技術(shù)上而言,沒有太大的區(qū)別。讓我們?cè)偕钊肓私庖幌滤{(lán)光盤和高密度光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢。
1、藍(lán)光盤技術(shù)
藍(lán)光盤技術(shù)屬于相變光盤(PhaseChangeDisk)技術(shù),它與傳統(tǒng)光盤記錄不同,傳統(tǒng)光盤的記錄和讀出原理是利用磁技術(shù)和光技術(shù)相結(jié)合來記錄和讀出信息,而相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術(shù)來記錄和讀出信息。相變光盤利用激光使記錄介質(zhì)在結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的可逆相變結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)信息的記錄和擦除。在寫操作時(shí),聚焦激光束加熱記錄介質(zhì)的目的是改變相變記錄介質(zhì)晶體狀態(tài),用結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)來區(qū)分0和1;讀操作時(shí),利用結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)具有不同反射率這個(gè)特性來檢測0和1信號(hào)。
實(shí)際的藍(lán)光盤應(yīng)用藍(lán)紫色激光技術(shù),能在直徑12公分的盤片上,儲(chǔ)存兩小時(shí)的高清晰度視音頻信號(hào),在2002年2月的初期版本中,透過使用405nm的藍(lán)紫色電射半導(dǎo)體,NA(數(shù)值孔徑)值為0.85的讀取頭、以及0.1mm的光學(xué)透射保護(hù)層架構(gòu),藍(lán)光盤可以將12公分的單面光盤片資料儲(chǔ)存容量提升到27GB。它可以記錄兩小時(shí)的高清晰度視音頻信號(hào),以及超過13小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)。
在資料轉(zhuǎn)換率方面,藍(lán)光盤可以將高清晰度的電視節(jié)目,以36Mbps的速度從攝像機(jī)轉(zhuǎn)換到播放媒體上,并能維持節(jié)目品質(zhì)。另外,它還具有任意影像捕捉,以及重覆播放等功能。
在兼容性方面,由于藍(lán)光盤采用MPEG2碼流壓縮技術(shù),因此它同時(shí)適用于數(shù)字廣播系統(tǒng),可執(zhí)行電視臺(tái)多種視頻記錄與播放。
另外,在資料安全性部分,藍(lán)光盤也采用了一種獨(dú)特的ID寫入模式,可確保資料安全,并為盜版問題提出一套保護(hù)版權(quán)的解決方案。
2、高密度光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢
(1)采用近場光學(xué)原理設(shè)計(jì)超分辨率的光學(xué)系統(tǒng),使數(shù)值孔徑超過1.0,相當(dāng)于探測器進(jìn)入介質(zhì)的輻射場,從而能夠得到超精細(xì)結(jié)構(gòu)信息,突破衍射極限,獲得更高的分辨率,可使經(jīng)典光學(xué)顯微鏡的分辨率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí),面密度提高4個(gè)數(shù)量級(jí)。
(2)以光量子效應(yīng)代替目前的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出,從原理上將存儲(chǔ)密度提高到分子量級(jí)甚至原子量級(jí),而且由于量子效應(yīng)沒有熱學(xué)過程,其反應(yīng)速度可達(dá)到皮秒量級(jí)(1O-12秒),另外,由于記錄介質(zhì)的反應(yīng)與其吸收的光子數(shù)有關(guān),可以使記錄方式從目前的二存儲(chǔ)變成多值存儲(chǔ),使存儲(chǔ)容量提高許多倍。
(3)三維多重體全息存儲(chǔ),利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像,包括二值的或有灰階的圖像信息,由于全息圖像對(duì)空間位置的敏感性,這種方法可以得到極高的存儲(chǔ)容量,并基于光柵空間相位的變化,三維多重體全息存儲(chǔ)器還有可能進(jìn)行選擇性擦除及重寫。
(4)利用當(dāng)代物理學(xué)的其它成就,包括光子回波時(shí)域相干光子存儲(chǔ)原理、光子俘獲存儲(chǔ)原理、共振熒光、超熒光和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)、光子誘發(fā)光致變色的光化學(xué)效應(yīng)、雙光子三維體相光致變色效應(yīng),以及借助許多新的工具和技術(shù),諸如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、光學(xué)集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等,提高存儲(chǔ)密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲(chǔ)系統(tǒng)。
3、新型光盤技術(shù)的應(yīng)用
大量的信息要求有大容量的存儲(chǔ)設(shè)備,光存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器和幾種光儲(chǔ)存媒體均將呈現(xiàn)出足夠快的增長趨向。光存儲(chǔ)市場的發(fā)展,將改變聲音圖象及其它數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式及傳播方式。光存儲(chǔ)產(chǎn)品可以利用自動(dòng)換盤系統(tǒng),組成光盤庫、光盤塔、光盤陣列,實(shí)現(xiàn)提高整個(gè)系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。如果將光盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動(dòng)換盤系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,可以大大提高系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)傳輸率和顯著改善存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性。
在技術(shù)上,磁帶已經(jīng)基本上沒有潛力了,而且與非線性的編輯系統(tǒng)存在明顯的矛盾;專業(yè)光盤雖然不會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)取代磁帶,但其非線性、高密度、低成本、高傳輸速度的優(yōu)勢已經(jīng)帶來了良好的開端。Sony公司不失時(shí)機(jī)的推出光盤專業(yè)攝錄像器材,這些設(shè)備使用基于藍(lán)紫色激光技術(shù)的光盤作為存儲(chǔ)介質(zhì),充分發(fā)揮非線性記錄方式帶來的靈活性。例如:PDW-3000專業(yè)藍(lán)光盤編輯錄像機(jī)(演播室機(jī)型),它可記錄和重放IMX/DVCAM格式,具有完善豐富的輸入輸出接口,包括傳統(tǒng)視音頻和網(wǎng)絡(luò)接口。它的雙光頭設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)高速文件讀出。它具有快速圖像搜索,圖像索引功能和光盤的隨機(jī)訪問功能,可以快速定位到所需圖像。它具有場景選擇隨機(jī)存取能力,使得任意定位素材段成為可能,跳過不必要的素材。特別值得提出的是這種錄像機(jī)可以將高低分辨率素材同時(shí)記錄在光盤上,高分辨率素材用于高質(zhì)量節(jié)目的制作和輸出,低分辨率素材可用于編輯,瀏覽等等,低分辨率素材還可以為互聯(lián)網(wǎng)播出等用途提供數(shù)據(jù)。二光傳輸
讓我們?cè)賮砜纯垂鈧鬏敚F(xiàn)在各省市有線電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)中在主干線多使用光纜傳輸信號(hào),在電視臺(tái)內(nèi)部的新聞網(wǎng)或制作網(wǎng)也使用光纖代替電纜傳送素材文件。眾所周知,光纖傳輸比傳統(tǒng)電纜傳輸有頻帶寬、容量大、損耗低、保真度高、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。而隨著光電子器件的持續(xù)發(fā)展,光纖工藝的提高,以及光纖技術(shù)和IT技術(shù)的相互滲透和融合,光傳輸技術(shù)有了相當(dāng)大的發(fā)展,這對(duì)電視臺(tái)通信架構(gòu)的改變起到了巨大的推動(dòng)作用。以下是對(duì)滿足電視臺(tái)需求的光傳輸技術(shù)的具體闡述。
1、光纖技術(shù)的介紹
(1)單波長技術(shù)
對(duì)于業(yè)務(wù)量和距離長度要求不大時(shí),普通的單波長技術(shù)就已能滿足需求。幾年前單波光纖的數(shù)據(jù)傳輸就已能達(dá)到10Gbps。目前在單波長上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)能夠做到40G的帶寬,雖然這已經(jīng)是單波長所能夠傳輸?shù)臉O限,并且實(shí)用的傳輸容量也沒有這么大,但相對(duì)電視臺(tái)內(nèi)部網(wǎng)近距離的視音頻傳輸要求已經(jīng)夠用。
單波技術(shù)基于電時(shí)分復(fù)用(ETDM)技術(shù),但由于微電子技術(shù)和光纖色散的限制,微電子技術(shù)難以支持電時(shí)分復(fù)用有新的突破。光纖上的色散是10Gbps及其以上速率系統(tǒng)傳輸距離的主要制約因素,且隨著比特率越高而影響越大。
(2)密集波分復(fù)用
對(duì)于傳輸量更大,傳輸距離更遠(yuǎn)的要求,僅靠提高單信道系統(tǒng)的速率已沒有空間,另一種途徑就是使用復(fù)用技術(shù)。光復(fù)用的方式有很多種,目前比較成熟并已進(jìn)入大規(guī)模商用階段的是光波分復(fù)用,尤其是DWDM--密集波分復(fù)用。(DWDM:DenseWavelengthDivisionMultiplexing)
DWDM技術(shù)簡單地說是在一根光纖上接入不同波長的光信號(hào),使傳輸容量比單波長傳輸容量增加幾倍甚至上百倍。提到DWDM,不能不提摻鉺光纖放大器(EDFA)。EDFA的出現(xiàn)使得DWDM得以實(shí)用。EDFA是一種全光放大器,它的使用取代了原來光-電-光的中繼再生方式,突破了光電、電光轉(zhuǎn)換的速度瓶頸,使長距離、大容量、高速率的光纖通信成為可能,是DWDM系統(tǒng)及未來高速系統(tǒng)、全光網(wǎng)絡(luò)不可缺少的重要器件。EDFA工作窗口在1530-1565nm,對(duì)波分復(fù)用中的每個(gè)波長補(bǔ)充功率,并經(jīng)過若干個(gè)EDFA再用再生器來消除色散的影響。
使用DWDM,可以大大提高光纜傳輸容量,節(jié)省光纖,降低傳輸成本。DWDM目前可商用的水平,我國的傳輸容量為80Gbps,國外如朗訊公司的傳輸容量為400Gbps,實(shí)驗(yàn)室的水平則已超過Tbps。
(3)新型G.655光纖
(4)全波光纖
使用全波光纖,增加傳輸頻帶。在未來的電視臺(tái)光纖網(wǎng)中,除了傳輸多路的視音頻數(shù)據(jù)以外,還會(huì)傳輸大量的管理數(shù)據(jù)。充分地拓展可用頻帶已成為關(guān)鍵。而在光纖的另一個(gè)低損窗口1.31um,雖然石英光纖在此波段時(shí)的色度色散為零,但由于1385nm附近存在著一個(gè)OH-離子吸收峰,對(duì)光纖傳輸能產(chǎn)生較大的衰減。而由此誕生的全波光纖采用了一種全新的生產(chǎn)工藝,幾乎可以完全消除由OH-峰引起的負(fù)面影響,并且使用與普通的G.652匹配包層光纖一樣的標(biāo)準(zhǔn)。
由于開放了這一低損窗口,全波光纖的可用波長范圍增加了100nm,使光纖的全部可用波長范圍由大約200nm增加到300nm,可復(fù)用的波長數(shù)大大增加,而且在上述波長范圍內(nèi),光纖的色散僅為1550nm波長區(qū)的一半,因而,容易實(shí)現(xiàn)高比特率長距離傳輸。同時(shí),由于波長范圍大大擴(kuò)展,一方面可以將不同的波長分配不同的數(shù)據(jù)流,從而改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理;另一方面,允許使用波長間隔較寬、波長精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其它元件,使元器件的成本大幅度下降,從而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。
此外摻鐠光纖放大器(PDFA)的研制成功也解決了1310nm波長光的中繼問題。摻鐠光纖放大器工作在1300nm波長窗口,以摻鐠光纖作為增益介質(zhì)。在實(shí)用過程中,可分別使用PDFA和EDFA對(duì)1310nm和1550nm波長的光信號(hào)進(jìn)行功率放大和補(bǔ)償衰耗。
無論是工作在1550nm的G.655光纖,還是使用1310nm的全波光纖,最新的光纖技術(shù)帶來的是更高的傳輸速度和更大的傳輸容量,這為電視臺(tái)使用光纖傳輸多種數(shù)據(jù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于突破了傳輸瓶頸,在傳輸視音頻信號(hào)的同時(shí)還可傳輸大量的管理信息,包括文件的元數(shù)據(jù)以及其他SNMP數(shù)據(jù)流。這也為建立基于IP的視頻管理網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。
2、因特網(wǎng)技術(shù)和光纖技術(shù)的結(jié)合
隨著因特網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,ATM、SDH、IP等技術(shù)不斷融入到光成域網(wǎng)的建設(shè)中。目前代表發(fā)展方向的是IPoverWDM技術(shù),其中比較成熟的解決方案是GEOverDWDM(GE:千兆以太網(wǎng))。GEOverDWDM對(duì)于有線電視網(wǎng)絡(luò)最大的好處就是可以實(shí)現(xiàn)在原有光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上平滑、連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)升級(jí),同時(shí)可以和原有的10Mb/s、100Mb/s以太網(wǎng)無縫連接,能降低系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性,保護(hù)廣電系統(tǒng)的投資。
IPoverDWDM通俗的說法就是讓IP數(shù)據(jù)包直接在光路上傳送,減少網(wǎng)絡(luò)層之間的冗余部分,能夠省去網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的成本,同時(shí)也降低用戶使用通信業(yè)務(wù)的費(fèi)用。GEoverDWDM是IPoverDWDM的一種廉價(jià)方式,適用于廣電系統(tǒng)城域IP骨干網(wǎng)的建設(shè)。
千兆以太網(wǎng)(GE)技術(shù)是目前技術(shù)成熟的最快速以太網(wǎng)技術(shù),它可以提供1Gbps的帶寬,由于采用和傳統(tǒng)10Mb/s、100Mb/s以太網(wǎng)同樣的幀格式和幀長,因此GE可以在原有低速以太網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)平滑過渡。目前GEOverDWDM使用光放大器后的傳輸距離已可達(dá)到640公里。在現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,使用千兆以太網(wǎng)技術(shù),具有一定的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義。可以預(yù)見,GEOverDWDM技術(shù)將成為廣電網(wǎng)絡(luò)中城域網(wǎng)的理想方案。
隨著各種光傳輸技術(shù)不斷地投入使用,整個(gè)電視臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將會(huì)發(fā)生巨大改變,而全光網(wǎng)和光接入網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展,使這種趨勢越來越明顯。
三光應(yīng)用
由以上光記錄和光傳輸?shù)慕榻B,我們可以了解到光技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透至專業(yè)視頻領(lǐng)域。以下為筆者設(shè)想的以光技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的新型電視臺(tái)IT制作網(wǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)電視臺(tái)制作網(wǎng)它將具備以下特性:
1.首先是高效的資源共享能力。可以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)存取、遷徙及交換。
2.由于光盤錄像機(jī)的出現(xiàn),文件化的素材交換方式得以實(shí)現(xiàn),解決了傳統(tǒng)電視臺(tái)制作網(wǎng)素材上下載消耗時(shí)間的瓶頸。
3.具有智能化的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理功能。
4.整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展性,強(qiáng)容錯(cuò)性,高兼容性以及與其他網(wǎng)絡(luò)的互換性。
我們可以設(shè)想以下的以光技術(shù)為基礎(chǔ)的全光業(yè)務(wù)網(wǎng),當(dāng)然這里的全光目前不會(huì)是完全的光技術(shù),也包含節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換上使用的一些光電和電光設(shè)備。前期節(jié)目素材由光盤攝像機(jī)采集,光盤攝像機(jī)可以是高端的SONY的PDW藍(lán)光盤攝像機(jī),它的記錄文件格式是MPEG24:2:2P@MLIMX或者是DVCAM格式;也可以是低端的東芝的家用DVD光盤錄像機(jī),它的記錄格式是MPEG2TS流。以上文件格式的素材在攝像機(jī)內(nèi)部被刻錄到藍(lán)光盤或普通的DVD碟片上。通過相應(yīng)的光盤錄像機(jī)或?qū)S玫墓獗P驅(qū)動(dòng)器由光纖實(shí)時(shí)傳輸并存儲(chǔ)到后期編輯制作單元。制作單元為現(xiàn)有的電視臺(tái)制作工作站,由后期編輯制作單元來進(jìn)行原始素材的編輯及后期處理工作,各種特效、字幕、配音、片頭等在此處完成。制作完的節(jié)目由光纖無損地送入中央存儲(chǔ)部分的光盤庫中,一方面用于播出。另一方面,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)目的存儲(chǔ)和歸檔或者利用光盤錄像機(jī)下載,便于以后的索引和節(jié)目調(diào)用。基于SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)技術(shù)的系統(tǒng)監(jiān)控單元通過與各單元交換信息,實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)在節(jié)點(diǎn)光交換設(shè)備和傳輸通路上的光纖狀況。采用光纖作為工作站點(diǎn)連通的物理方式,用于數(shù)據(jù)的遷徙,設(shè)備和業(yè)務(wù)運(yùn)營管理等控制信息的傳遞。采用光盤庫作為中央存儲(chǔ)單元,其管理軟件可以區(qū)分短期存儲(chǔ)的播出節(jié)目和長期存儲(chǔ)以供后用的節(jié)目。短期存儲(chǔ)的節(jié)目存儲(chǔ)在一級(jí)光盤庫,節(jié)目播出后定時(shí)刪除。長期存儲(chǔ)節(jié)目編目后放至二級(jí)光盤庫,作為媒體資源有原則的開放,不同級(jí)別的用戶通過光纖有償或免費(fèi)獲取媒體資源。一級(jí)光盤庫為在線存儲(chǔ)體,容量以電視臺(tái)內(nèi)部人員充分使用即可,它是提供給電視臺(tái)內(nèi)部用戶使用的高速媒體資源共享體,滿足包括播出,節(jié)目制作,節(jié)目下載的宿求。二級(jí)光盤庫為近線存儲(chǔ)體,為海量存儲(chǔ),它的媒體資源存儲(chǔ)主要為節(jié)目的再利用和再加工服務(wù),另外為電視臺(tái)以外的用戶提供VOD或者媒體資源再利用和交換的宿求。
以上設(shè)想的網(wǎng)絡(luò)比較現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò),由于光技術(shù)的使用,可以突顯出高速共享的精神,達(dá)到用戶所見所得的需求。真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的實(shí)時(shí)的信息交換。
篇2
帶傳動(dòng)是機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用較多的傳動(dòng)裝置之一,主要有主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶組成。工作時(shí)靠帶與帶輪間的摩擦或嚙合實(shí)現(xiàn)主、從動(dòng)輪間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。
帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸振及過載打滑以保護(hù)其他零件的優(yōu)點(diǎn)。
1.2圓錐-圓柱齒輪傳動(dòng)減速器
YK系列圓錐-圓柱齒輪傳動(dòng)減速器適用的工作條件:環(huán)境溫度為-40~40度;輸入軸轉(zhuǎn)速不得大于1500r/min,齒輪嚙合線速度不大于25m/s,電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為減速器額定轉(zhuǎn)矩的兩倍。YK系列的特點(diǎn):采用一級(jí)圓弧錐齒輪和一、二、三級(jí)圓柱齒輪組合,把錐齒輪作為高速級(jí)(四級(jí)減速器時(shí)作為第二級(jí)),以減小錐齒輪的尺寸;齒輪均采用優(yōu)質(zhì)合金鋼滲碳淬火、精加工而成,圓柱齒輪精度達(dá)到GB/T10095中的6級(jí),圓錐齒輪精度達(dá)到GB/T11365中的7級(jí);
減速器的選用原則:(1)按機(jī)械強(qiáng)度確定減速器的規(guī)格。減速器的額定功率P1N是按載荷平穩(wěn)、每天工作小于等于10h、每小時(shí)啟動(dòng)5次、允許啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為工作轉(zhuǎn)矩的兩倍、單向運(yùn)轉(zhuǎn)、單對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)為1、失效概率小于等于1%等條件算確定.當(dāng)載荷性質(zhì)不同,每天工作小時(shí)數(shù)不同時(shí),應(yīng)根據(jù)工作機(jī)載荷分類按各種系數(shù)進(jìn)行修正.減速器雙向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),需視情況將P1N乘上0.7~1.0的系數(shù),當(dāng)反向載荷大、換向頻繁、選用的可靠度KR較低時(shí)取小值,反之取大值。功率按下式計(jì)算:P2m=P2*KA*KS*KR,其中P2為工作功率;KA為使用系數(shù);KS為啟動(dòng)系數(shù);KR為可靠系數(shù)。(2)熱功率效核.減速器的許用熱功率PG適用于環(huán)境溫度20℃,每小時(shí)100%連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和功率利用律(指P2/P1N×100%)為100%的情況,不符合上述情況時(shí),應(yīng)進(jìn)行修正。(3)校核軸伸部位承受的徑向載荷。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1V帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)檢查帶輪的尺寸與其相關(guān)零部件尺寸是否協(xié)調(diào)。例如對(duì)于安裝在減速器或電動(dòng)機(jī)軸上的帶輪外徑應(yīng)與減速器、電動(dòng)機(jī)中心高相協(xié)調(diào),避免與機(jī)座或其它零、部件發(fā)生碰撞。
2.2減速器內(nèi)部的傳動(dòng)零件
減速器外部傳動(dòng)件設(shè)計(jì)完成后,可進(jìn)行減速器內(nèi)部傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
1)齒輪材料的選擇應(yīng)與齒坯尺寸及齒坯的制造方法協(xié)調(diào)。如齒坯直徑較大需用鑄造毛坯時(shí),應(yīng)選鑄剛或鑄鐵材料。各級(jí)大、小齒輪應(yīng)該可能減少材料品種。
2)蝸輪材料的選者與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。因此,設(shè)計(jì)時(shí)可按初估的滑速度選擇材料。在傳動(dòng)尺寸確定后,校核起滑動(dòng)速度是否在初估值的范圍內(nèi),檢查所選材料是否合適。
3)傳動(dòng)件的尺寸和參數(shù)取值要正確、合理。齒輪和蝸輪的模數(shù)必須符合標(biāo)準(zhǔn)。圓柱齒輪和蝸桿傳動(dòng)的中心距應(yīng)盡量圓整。對(duì)斜齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)還可通過改變螺旋角的大小來進(jìn)行調(diào)整。
根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果,將傳動(dòng)零件的有關(guān)數(shù)據(jù)和尺寸整理列表,并畫出其結(jié)構(gòu)簡圖,以備在裝配圖設(shè)計(jì)和軸、軸承、鍵聯(lián)結(jié)等校核計(jì)算時(shí)應(yīng)用。
聯(lián)軸器的選擇
減速器的類型應(yīng)該根據(jù)工作要求選定。聯(lián)接電動(dòng)機(jī)軸與減速器,由于軸的轉(zhuǎn)速高,一般應(yīng)選用具有緩沖、吸振作用的彈性聯(lián)軸器,例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器。減速器低速軸(輸出軸)與工作機(jī)軸聯(lián)接用的連周期,由于軸的轉(zhuǎn)速較低,傳遞的轉(zhuǎn)距較大,又因?yàn)闇p速器軸與工作機(jī)軸之間往往有較大的軸線偏移,因此常選用剛性可以移動(dòng)聯(lián)軸器,例如滾子鏈聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器型號(hào)按計(jì)算轉(zhuǎn)距進(jìn)行選擇。所選定的聯(lián)軸器,起軸孔直徑的范圍應(yīng)與被聯(lián)接兩軸的直徑相適應(yīng)。應(yīng)注意減速器高速軸外伸段軸徑與電動(dòng)機(jī)的軸徑不得相差很大,否則難以選擇合適的聯(lián)軸器。
目錄
一緒論………………………………………………………………………1
二結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
三設(shè)計(jì)計(jì)算過程及說明……………………………………………………….3
1選擇電動(dòng)機(jī)..............................................................................................….3
2傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配.......................................….............................3
3計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力裝置參數(shù)..................................…........................3
4帶傳動(dòng)設(shè)計(jì).......................................................…..........................................4
5齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì).....................................................…........................................5
6軸的設(shè)計(jì)........................................................................................…...........11
7軸承的選擇..............................................................................................…22
8鍵的選擇.....................................................….........................................…22
9減速機(jī)箱體的設(shè)計(jì)...............................................…......................................23
10減速器附件設(shè)計(jì).....................................................................................….2311密封與.......................................................…........................................24
篇3
1 陶瓷造物伊始,在不自覺的狀態(tài)中,古人便無意識(shí)地引入了數(shù)字因素,并發(fā)揮了它的積極作用。
制陶出現(xiàn)以前,古人利用單純一種物質(zhì)造物以滿足生產(chǎn)和生活需要,例如,木器、石器及其他植物的造物等。制陶活動(dòng)伊始,便利用鉆土、水及火等進(jìn)行造物活動(dòng)。人類逐漸突破了簡單的孤立的“一”,由“一”逐漸推進(jìn)“二”、“三”物,乃至“萬”物。
2 隨著陶瓷生產(chǎn)的發(fā)展,陶瓷生產(chǎn)中對(duì)于數(shù)量變化的這種無意識(shí)狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化成有意為之的狀態(tài)。
在陶瓷生產(chǎn)過程中,材料逐漸豐富的同時(shí),燒成溫度也逐漸提高,從露天燒成到封窯燒成,再到橫穴窯、豎穴窯,直至龍窯的出現(xiàn),窯爐在結(jié)構(gòu)、大小上的變化,直接影響到窯溫,為陶瓷制品的燒成做技術(shù)的準(zhǔn)備。與以前封窯相比,商周時(shí)期出現(xiàn)了由窯室、火膛、火門、窯算等“四”部分組成的窯爐,這種在數(shù)量上細(xì)化窯爐的做法,直接影響陶器的燒成,進(jìn)而提高陶器的質(zhì)量。古代陶工為了某種生產(chǎn)目的,總是在數(shù)量上或增加,或減少燒陶窯爐的尺寸,旨在達(dá)到預(yù)想的生產(chǎn)目的。為了增加燒成溫度,陶工有意識(shí)地將“火膛加高可以多容納采草以增加火力,而算孔雖有所減少,但算孔徑加大了,可以使火膛的強(qiáng)大火力集中進(jìn)入窯室,以提高陶器的燒成溫度。”
3 數(shù)量多寡的變化直接影響到陶瓷制作的質(zhì)量,直接決定著陶瓷生產(chǎn)工藝的變革,甚至影響到生產(chǎn)總量。
戰(zhàn)國、秦漢時(shí)期,燒制陶瓷的窯爐逐漸變化成“龍窯”,龍窯的顯著特點(diǎn)是裝燒量較大,產(chǎn)量高。另外,龍窯的較長、較大的窯室可以提供穩(wěn)定的窯溫,這是保證燒制產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件。
此外,人們有意識(shí)地細(xì)化生產(chǎn)的工藝流程,分為采礦、材料配制及制作、陶瓷產(chǎn)品成型、施釉與裝飾、干燥及燒成等。實(shí)踐表明,陶瓷生產(chǎn)工藝過程在數(shù)量上的劃分及其有效銜接,直接影響到陶瓷產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。一般而言,工藝劃分越細(xì),陶瓷制品的產(chǎn)量和質(zhì)量越有保障。由此可見,一方面,陶瓷數(shù)理因素受到陶瓷生產(chǎn)實(shí)踐的制約;另一方面,陶瓷數(shù)理方法論又直接指導(dǎo)著陶瓷生產(chǎn)實(shí)踐。生產(chǎn)環(huán)節(jié)的增多直接導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加,反之成本相對(duì)降低。例如,在青花瓷制作中,坯體分水與繪制,既可以分成兩個(gè)環(huán)節(jié),又可以合并為一個(gè)環(huán)節(jié),這種分合需要根據(jù)產(chǎn)量需要來決定,量大時(shí)可以一分為二,反之,便可以合二為一。
4 數(shù)字體系貫穿于陶瓷生產(chǎn)全過程,使陶瓷生產(chǎn)、經(jīng)營管理及產(chǎn)品銷售和消費(fèi)等得以更加理性地展開。
篇4
關(guān)鍵詞 多學(xué)科 跨大學(xué)科平臺(tái) 研究生培養(yǎng)
在我國研究生規(guī)模化教育的背景下,提高研究生教育質(zhì)量,培養(yǎng)高層次創(chuàng)新人才是深化研究生教育改革的核心問題。當(dāng)今,不同學(xué)科的交叉融合成為優(yōu)勢學(xué)科的發(fā)展點(diǎn)、新興學(xué)科的生長點(diǎn)、重大創(chuàng)新的突破點(diǎn),同時(shí)也是人才培養(yǎng)的制高點(diǎn)。構(gòu)建跨大學(xué)科的科研平臺(tái),探索跨學(xué)科研究生培養(yǎng)新模式成為解決高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)核心問題的重要途徑。
1.跨大學(xué)科的科研平臺(tái)構(gòu)建的必要性
隨著研究生招生規(guī)模持續(xù)增長和研究生培養(yǎng)的多樣化發(fā)展,跨學(xué)科、跨專業(yè)研究生的培養(yǎng)質(zhì)量和創(chuàng)新能力成為高校關(guān)注的重要問題,而科研平臺(tái)是支撐學(xué)科建設(shè)、布局研究領(lǐng)域、整合科技資源、聚集科研人才、爭取重大項(xiàng)目、培育重大成果、促進(jìn)合作交流的基礎(chǔ),也是高層次人才培養(yǎng)的關(guān)鍵,科研平臺(tái)水平是高校教學(xué)、科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和管理水平的重要標(biāo)志。圍繞著創(chuàng)新能力提升、高層次人才培養(yǎng)的核心任務(wù),進(jìn)行科研平臺(tái)的整體謀劃和布局調(diào)整,以跨學(xué)科大平臺(tái)的概念進(jìn)行平臺(tái)構(gòu)建成為必要。重慶郵電大學(xué)適時(shí)進(jìn)行了科研大平臺(tái)的謀篇布局和規(guī)劃發(fā)展,其中光電科研大平臺(tái)是跨學(xué)科大平臺(tái)中的典型實(shí)例。
2.工理結(jié)合的光電科研大平臺(tái)
光電科研大平臺(tái)包括中央與地方共建光電器件及系統(tǒng)科研和能力提升平臺(tái)、微電子工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中地共建光信息材料實(shí)驗(yàn)室、中地共建射頻技術(shù)平臺(tái),其整體統(tǒng)一在光電信息感測與傳輸技術(shù)重慶市科委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室下,是整合光電工程學(xué)院、數(shù)理學(xué)院等多個(gè)學(xué)院的科研能力,共同構(gòu)成的覆蓋光電產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的光電科研大平臺(tái),平臺(tái)示意圖如圖1所示。平臺(tái)支撐電子科學(xué)技術(shù)、光學(xué)工程、理論物理、生物醫(yī)學(xué)工程等多學(xué)科的發(fā)展,并對(duì)信息與通信工程、控制科學(xué)與工程等學(xué)科的形成有力輻射。大平臺(tái)學(xué)科涉及面廣,學(xué)科交叉明顯,為跨學(xué)科的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型高層次人才提供了支撐。
3.光電科研大平臺(tái)的研究生培養(yǎng)方向與內(nèi)容
本跨學(xué)科科研平臺(tái)主要在光電感測材料、光電感測器件與技術(shù)、光電信息傳輸體制與系統(tǒng)三個(gè)方向進(jìn)行研究和高層次人才培養(yǎng)。三個(gè)方向彼此關(guān)系密切,有機(jī)結(jié)合,支撐了電子科學(xué)技術(shù)、光學(xué)工程、理論物理、生物醫(yī)學(xué)工程等多學(xué)科的發(fā)展和高層次人才培養(yǎng)。
①光電信息材料的理論與技術(shù)
光電信息理論與技術(shù)體系的形成是光電感測技術(shù)應(yīng)用的重要支撐,是發(fā)展新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)關(guān)鍵。關(guān)于光電信息材料的理論與技術(shù)的研究近年來在國際國內(nèi)都十分活躍。本研究方向以信息技術(shù)領(lǐng)域的新型功能材料為主要研究對(duì)象,以材料的計(jì)算機(jī)模擬、設(shè)計(jì)和仿真為主要研究方法,為新型光電信息材料,特別是新型光電傳感材料的研發(fā)和改進(jìn)提供理論指導(dǎo),并在光電功能轉(zhuǎn)化、光纖放大器、生物熒光探針等技術(shù)方面進(jìn)行探索。本方向的研究能夠有力支持理論物理專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)中物理電子學(xué)專業(yè)的研究生培養(yǎng)。
②光電感測技術(shù)與器件
本方向主要對(duì)光電感測機(jī)理與技術(shù)、光電感測器件的設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。在光電感測機(jī)理方面,在光電信息材料理論與技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)位移、振動(dòng)、角速率、光譜、光熱、氣體痕量分析、生命體征信息等感測對(duì)象,對(duì)其感測機(jī)理進(jìn)行探索,對(duì)慣性傳感、光纖傳感、溫度傳感、光敏傳感、氣敏傳感以及MEMS傳感等單元感測技術(shù)進(jìn)行探討,對(duì)感知器件及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出新的方案。在光電感測器件的設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)方面,根據(jù)光電器件的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵工藝技術(shù),結(jié)合感測信息對(duì)象的需求,開展MOEMS傳感器、角速率傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、氣敏傳感器等器件及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與加工工藝技術(shù)研究,以此為基礎(chǔ),研究感測片上微系統(tǒng)、光電混合微系統(tǒng)集成等工藝,為光電信息的傳輸與系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依托。本方向是電子科學(xué)與技術(shù)、光學(xué)工程研究生培養(yǎng)的重要方面。
③光電信息傳輸體制與系統(tǒng)
光電信息傳輸?shù)哪康氖菍⒐怆娖骷兄獧z測到的信息傳送至上層應(yīng)用,是感知層與應(yīng)用層之間的連接紐帶,負(fù)責(zé)總體數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)控制,提供傳輸連接服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。在研究方向一光電材料理論探索和研究方向二光電感測器件設(shè)計(jì)的支撐下,結(jié)合國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展和技術(shù)趨勢,本研究方向重點(diǎn)面向智慧醫(yī)療應(yīng)用,主要攻克體征信號(hào)處理、信息傳輸體制與標(biāo)準(zhǔn)、微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用集成等方面的技術(shù)難題,形成智慧醫(yī)療與健康信息服務(wù)領(lǐng)域完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),形成基于光電感測與傳輸?shù)墓残约夹g(shù)體系,為光電技術(shù)的工程化應(yīng)用提供支撐。本方向是電子科學(xué)與技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、通信與信息工程研究生培養(yǎng)重要依托。
4.基于跨學(xué)科科研大平臺(tái)的研究生培養(yǎng)導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)建設(shè)
學(xué)校在研究生培養(yǎng)過程中長期堅(jiān)持導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的管理方式。基于跨學(xué)科科研大平臺(tái)的研究生培養(yǎng)首先必須構(gòu)建具備多學(xué)科學(xué)術(shù)背景、學(xué)術(shù)經(jīng)歷和研究領(lǐng)域的教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)。在光電大平臺(tái)基礎(chǔ)上,所涉學(xué)院密切合作,形成了一支高素質(zhì)的學(xué)緣結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、學(xué)科結(jié)構(gòu)合理的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)擁有研究生導(dǎo)師30余名,重慶市學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人1名,重慶市巴渝學(xué)者1名,擁有智慧醫(yī)療系統(tǒng)與核心技術(shù)重慶高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),同時(shí)集成電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)獲得中國僑界創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。團(tuán)隊(duì)具有指導(dǎo)電子科學(xué)與技術(shù)、光學(xué)工程、理論物理、生物信息工程、信息與通信工程等多學(xué)科研究生的多年經(jīng)驗(yàn),為跨學(xué)科研究生師生團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)模式的具體實(shí)施提供了人才保障。
5.人才培養(yǎng)成效
近5年來,本平臺(tái)在其他高校掛靠招收博士研究生3人,授予博士學(xué)位人數(shù)2人。累計(jì)招收碩士研究生已達(dá)到600余人,授予碩士學(xué)位人數(shù)超過400人,有20余名碩士生獲得重慶市優(yōu)秀碩士學(xué)位論文。在“挑戰(zhàn)杯”等科技競賽中上百人次獲獎(jiǎng)。同時(shí),注重研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)和提高,健全了研究生培養(yǎng)保障體系和質(zhì)量監(jiān)控制度,保障了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
篇5
大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程針對(duì)大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)一年級(jí)學(xué)生開設(shè),旨在使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)技術(shù)素養(yǎng),為將來使用計(jì)算機(jī)解決各自的專業(yè)問題打下良好的基礎(chǔ)。
1 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中面臨的問題
1.1 認(rèn)識(shí)誤區(qū)對(duì)教學(xué)的影響
首先,大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)這門課程長期以來主要講授一些計(jì)算機(jī)的基本操作和基礎(chǔ)知識(shí)。隨著我國計(jì)算機(jī)教育在中小學(xué)的不斷普及,計(jì)算機(jī)基本操作對(duì)大學(xué)生來說應(yīng)該非常容易,因此,某些學(xué)校認(rèn)為這門課可有可無。其次,很多人認(rèn)為計(jì)算機(jī)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)只適用于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生,對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言,只需要學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)基本操作和基礎(chǔ)知識(shí),能夠使用計(jì)算機(jī)就可以了。
這些片面認(rèn)識(shí)反映在教學(xué)方面就是各高校普遍將大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的課時(shí)壓縮,甚至有些院系專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中已經(jīng)將大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)取消;反映在學(xué)生方面就是普遍輕視這門課程,認(rèn)為該課程非常簡單,甚至認(rèn)為自己計(jì)算機(jī)操作什么都會(huì),根本不用上這門課程。
實(shí)際上大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的一個(gè)重要目的就是培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算機(jī)理論素養(yǎng),為以后利用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)相關(guān)的問題打下良好的基礎(chǔ),不僅要求學(xué)生能夠熟練地操作計(jì)算機(jī),還要求學(xué)生能夠掌握一些基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)理論知識(shí)。目前,計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)更多地融入其他學(xué)科和專業(yè)中,為學(xué)科問題的解決提供了強(qiáng)大的工具,如果沒有一定的計(jì)算機(jī)理論知識(shí)做基礎(chǔ),想要游刃有余地使用計(jì)算機(jī)解決很多專業(yè)相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用,是非常困難的。因此,我們對(duì)“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)就是簡單地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基本操作”這樣的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)需要足夠重視,并積極采取一些應(yīng)對(duì)措施,努力消除這些片面認(rèn)識(shí)對(duì)教學(xué)的影響。
1.2 學(xué)生“差異性”對(duì)教學(xué)的影響
雖然目前我國計(jì)算機(jī)教育在中小學(xué)不斷普及,但是由于我國幅員遼闊,地區(qū)間發(fā)展不均衡,中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育水平區(qū)域性差別較大,因此,大一的學(xué)生入校時(shí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度參差不齊。一些來自發(fā)展較好地區(qū)的學(xué)生,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)掌握較好,甚至有的學(xué)過程序設(shè)計(jì)語言;還有一些來自農(nóng)村或偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生,沒上過計(jì)算機(jī)相關(guān)課程,有的甚至沒有見過計(jì)算機(jī)。
學(xué)生專業(yè)提供論文寫作、寫作論文的服務(wù),歡迎光臨dylw.net對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)掌握程度不同,給教學(xué)的組織帶來困難。若實(shí)施統(tǒng)一授課,將勢必出現(xiàn)一部分同學(xué)“吃不飽”,而另一部分同學(xué)“吃不了”的現(xiàn)象。針對(duì)這一難題,教師要更好地組織教學(xué),開展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)分層次教學(xué)。
1.3 教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)結(jié)合薄弱
目前,信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)已廣泛滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,為專業(yè)學(xué)科研究提供了重要的工具。然而,由于不同專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)研究方法等存在巨大差異,因此,不同專業(yè)對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)知識(shí)和技能的要求也存在著較大差異。雖然我們強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論對(duì)所有非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的重要性,但是對(duì)所有的專業(yè)采用完全相同的教學(xué)內(nèi)容也是不可取的。
事實(shí)上,目前國內(nèi)外大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程發(fā)展有兩個(gè)趨勢,一是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論引入非專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中,二是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)要與專業(yè)課程內(nèi)容相結(jié)合,這就要求非專業(yè)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)既要強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的重要性,又要注意不同專業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)需求的差異性,應(yīng)該結(jié)合專業(yè),適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。
然而,目前大多高校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)都采用所有專業(yè)學(xué)的方式,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的掌握,與學(xué)生的專業(yè)結(jié)合較少,這導(dǎo)致學(xué)生抱怨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程內(nèi)容抽象,難以理解,學(xué)了也與專業(yè)學(xué)習(xí)和工作沒有關(guān)系。
1.4 學(xué)生學(xué)習(xí)積極性低
目前,中小學(xué)階段的計(jì)算機(jī)課程大多只涉及計(jì)算機(jī)基本操作的相關(guān)內(nèi)容,因此,大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論部分的教學(xué)內(nèi)容對(duì)大一學(xué)生而言比較抽象且難度較大,學(xué)生普遍感覺講授內(nèi)容枯燥、抽象、難懂、課堂氣氛沉悶,而且與實(shí)際結(jié)合不緊密,學(xué)完感覺沒用,學(xué)習(xí)積極性不高。
1.5 教師教育經(jīng)歷和考核機(jī)制對(duì)教學(xué)的影響
目前,大學(xué)中的教師大多沒有受到過專業(yè)的教育理論培養(yǎng),沒有認(rèn)真系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過教育學(xué)、心理學(xué)等教師應(yīng)必備的知識(shí),所以大多存在教學(xué)藝術(shù)和技巧不夠深厚的缺陷,這在很大程度上影響了課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。
在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中,教師難以將全部精力投入到教學(xué)中,這主要有兩方面的原因,一是隨著高校的擴(kuò)招,高校承擔(dān)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)T作的教師大都長時(shí)間、超負(fù)荷地進(jìn)行教學(xué),無暇顧及教學(xué)鉆研,二是與目前大學(xué)的考核機(jī)制普遍“重科研、輕教學(xué)”有關(guān),有時(shí)一些教師雖然承擔(dān)了大量教學(xué)工作量,但由于科研較差而導(dǎo)致考核不合格,對(duì)基礎(chǔ)課授課教師的教學(xué)積極性造成較大影響。
2 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的改進(jìn)策略
2.1 強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的意義,克服片面認(rèn)識(shí)的影響
首先,在第一節(jié)課的教學(xué)中,教師的講解一定要突出課程對(duì)今后工作、學(xué)習(xí)的意義,要根據(jù)學(xué)科專業(yè)的不同,精選與專業(yè)實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密的實(shí)例,比如對(duì)于機(jī)械、材料、冶金專業(yè)的學(xué)生,通過冷彎成型軟件的演示,讓學(xué)生清晰地看到計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)備生產(chǎn)制造中的巨大作用,使學(xué)生能夠感覺到計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的巨大促進(jìn)作用,讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到課程對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的重要性,自發(fā)地認(rèn)識(shí)到課程的重要意義,從心理上重視這門課程,端正學(xué)習(xí)態(tài)度。其次,對(duì)于一些教務(wù)管理人員對(duì)課程的片面認(rèn)識(shí),一定要讓他們意識(shí)到該課專業(yè)提供論文寫作、寫作論文的服務(wù),歡迎光臨dylw.net程的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生今后專業(yè)學(xué)習(xí)的重要性,糾正“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課就是計(jì)算機(jī)基本操作,以及Word、Excel等軟件的掃盲”這樣的觀念。學(xué)校可以建議教學(xué)管理人員多參加計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教指委的會(huì)議,邀請(qǐng)他們到該課程國家精品課程院校參觀交流,通過各種方式,努力爭取學(xué)校對(duì)課程的重視。
2.2 開展“分層次分類”教學(xué),克服“差異性”影響,緊密結(jié)合專業(yè)組織教學(xué)
首先要了解大一新生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度的差異。學(xué)校應(yīng)對(duì)剛剛?cè)雽W(xué)的新生進(jìn)行一次摸底考試,考試采用上機(jī)形式,內(nèi)容應(yīng)包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論和基本操作,并最終根據(jù)學(xué)生計(jì)算機(jī)知識(shí)掌握的程度,將學(xué)生分為兩個(gè)層次,分別開設(shè)普通班和提高班,不同的班級(jí)采用不同的教 學(xué)內(nèi)容。
對(duì)于普通班的學(xué)生,要加強(qiáng)對(duì)他們的學(xué)習(xí)指導(dǎo),教學(xué)主要目的是幫助他們盡快地掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí),并能夠熟練使用計(jì)算機(jī),掌握Word、Excel、PPT等基本軟件應(yīng)用。
對(duì)于提高班的學(xué)生,可以根據(jù)專業(yè)的不同,按專業(yè)開展“分類”教學(xué)。首先要組織大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)一線教師積極和各學(xué)院專業(yè)授課老師交流,每個(gè)老師和自己所講授的學(xué)生專業(yè)形成對(duì)應(yīng)關(guān)系,明確專業(yè)對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)基本技能的需求。授課內(nèi)容在強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的同時(shí),要選擇一些與專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容,比如對(duì)于工設(shè)藝設(shè)類專業(yè),可以設(shè)置Photoshop、3D設(shè)計(jì)等圖形圖像處理應(yīng)用軟件內(nèi)容;對(duì)于人文語言類專業(yè),可設(shè)置Dreamweaver網(wǎng)頁設(shè)計(jì)類內(nèi)容;對(duì)于電子信息類專業(yè),可以設(shè)置Protel等電子設(shè)計(jì)軟件內(nèi)容。
2.3 從多方面入手,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
首先,從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求人手,針對(duì)學(xué)生普遍認(rèn)為的教學(xué)內(nèi)容抽象難懂的問題,學(xué)校應(yīng)立足于學(xué)生實(shí)際水平和教學(xué)目標(biāo)的要求,合理地組織教學(xué)內(nèi)容,以“廣度優(yōu)先”為原則,降低對(duì)一年級(jí)學(xué)生而言層次過深、抽象、難以理解的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)要求,避免學(xué)生因?yàn)槁牪欢鴮?dǎo)致學(xué)習(xí)積極性降低。比如在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部分的教學(xué)中,內(nèi)容設(shè)置以基本概念的掌握為主,主要內(nèi)容包括常見網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)、IP地址、常用網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、常用網(wǎng)絡(luò)接入方式和常見網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,如www、FTP、Email等,避免對(duì)TCP/IP協(xié)議、子網(wǎng)分配、網(wǎng)關(guān)配置等較難理解的內(nèi)容的深入講解。
此外,從教學(xué)方法人手,教師應(yīng)熟悉多種教學(xué)技能,能夠采用靈活多變的教學(xué)方法組織教學(xué),綜合運(yùn)用案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、課堂討論和提問等教學(xué)方法使課堂變得緊張有序、豐富多彩,從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的目的。例如,在講授二進(jìn)制時(shí),采用和二進(jìn)制緊密相關(guān)的通過多張數(shù)字表猜數(shù)字的游戲?qū)嵗龑W(xué)生的注意力。在Word操作練習(xí)中,采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法,確定練習(xí)主題,比如我的家鄉(xiāng)、我的大學(xué)生活等,要求使用多種文字格式設(shè)置、段落格式設(shè)置、圖片和藝術(shù)字設(shè)置等,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。
最后,從營造良好的課堂氛圍人手,投入時(shí)間和精力接觸學(xué)生、了解學(xué)生,營造平等、和諧、融洽的教學(xué)氛圍對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性非常重要。美國心理學(xué)家羅杰曾說過:“創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)氣氛是保證教學(xué)進(jìn)行的主要條專業(yè)提供論文寫作、寫作論文的服務(wù),歡迎光臨dylw.net件,而這種良好的教學(xué)氣氛又是以良好的師生關(guān)系為基礎(chǔ)的。”教師要始終堅(jiān)持“以學(xué)生為本”,能夠用親切平等的態(tài)度、真誠的語言與學(xué)生交流溝通,讓學(xué)生以飽滿的熱情參與課堂教學(xué)活動(dòng),只有這樣才能讓教學(xué)進(jìn)程的各個(gè)環(huán)節(jié)和諧互動(dòng),才能更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
2.4 加強(qiáng)教師自身理論素養(yǎng)的提高,發(fā)揚(yáng)愛崗敬業(yè)的奉獻(xiàn)精神
為了提高教師教育理論素養(yǎng)不足的缺陷,學(xué)校要組織教師進(jìn)行教育學(xué)、心理學(xué)等教師必須具備的基礎(chǔ)教育理論的培專業(yè)提供論文寫作、寫作論文的服務(wù),歡迎光臨dylw.net訓(xùn),積極參加高教社組織的骨干教師培訓(xùn)計(jì)劃等培訓(xùn)活動(dòng);積極參加計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教指委組織的教學(xué)交流論壇,開展對(duì)外教學(xué)交流,在校內(nèi)開展集中備課,相互聽課等,通過各種方式,努力提高教師的教育理論和教學(xué)水平。
在大學(xué)當(dāng)前考核“重科研”的大環(huán)境下,學(xué)校應(yīng)當(dāng)努力爭取在考核機(jī)制上向基礎(chǔ)課授課教師傾斜。除此之外,教師應(yīng)該具備高度的責(zé)任心,發(fā)揚(yáng)愛崗敬業(yè)、無私奉獻(xiàn)的精神,克服各種困難,保證教學(xué)工作的投入時(shí)間,努力以積極熱情的態(tài)度,高質(zhì)量地完成教學(xué)任務(wù)。
3 結(jié)語
大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的重要性不言而喻,如何在強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的同時(shí)和專業(yè)相結(jié)合,如何更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,課程的教學(xué)組織、教學(xué)內(nèi)容的選取、教學(xué)方式方法如何改進(jìn)等方面仍值得進(jìn)一步探討,這些工作有待教育工作者的繼續(xù)努力。
篇6
關(guān)鍵詞:光柵;光纖通信;寫入方法;傳感器
中圖分類號(hào):TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3198(2008)04-0257-02
0 引言
當(dāng)今,隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)信息化需要,通信技術(shù)以前所未有的速度快速發(fā)展。以高速率、超寬帶,遠(yuǎn)距離、大容量、不受電磁干擾為顯著特征的光纖通信技術(shù)的進(jìn)步尤為突出。而光纖光柵是指通過光纖的光敏性,采取駐波法等,用不同波長的光源照射摻鍺、硼的光纖,或用物理化學(xué)方法使光纖的反射和折射發(fā)生永改變而形成的特殊光纖。光纖光柵在光纖通信和光纖傳感器、光計(jì)算、光信息處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,極大的推動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)的建立和發(fā)展。光纖光柵又分短周期光纖光柵和長周期光纖光柵。本文主要介紹長周期光纖光柵的機(jī)理和寫入方法及其應(yīng)用。
1 長周期光纖光柵的機(jī)理及研究
光纖具有光敏性,光敏性是指當(dāng)光纖纖芯受到特定波長和高于一定強(qiáng)度的激光照射時(shí),折射率會(huì)發(fā)生永久性變化。光纖的光敏性主要取決于纖芯的制作材料及照射激光的波長和強(qiáng)度。顯然,利用光敏性可以改變光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的折射率,這一特點(diǎn)可以用來制作無源光器件。光纖光柵就是其重要的應(yīng)用。
長周期光纖光柵是指周期為幾十到幾百微米的能夠?qū)崿F(xiàn)同向模式間耦合的光纖光柵。長周期光柵的特點(diǎn)是同向傳輸?shù)睦w芯模和高層模之間的耦合,無反向反射,屬于透射型帶阻濾波器。所以,長周期光纖光柵常常也稱為透射光柵。
長周期光纖光柵理論主要來源于光纖布拉格光柵,研究模型有多種,其中最具典型的是耦合模理論。研究的關(guān)鍵點(diǎn)主要有:光纖光柵的導(dǎo)模、包層模和輻射模之間的模式耦合及傳輸特性。研究的內(nèi)容和參數(shù)包括:光纖光柵的諧振波長、損耗峰值、帶寬、耦合系數(shù)、傳播常數(shù)等以及這些參數(shù)與光柵周期、周期數(shù)、有效折射率的關(guān)系。
1996年AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的A.M.Vengsarkar等人用紫外光通過振幅掩模板照射氫載硅、鍺光纖獲得成功,從而誕生了長周期光柵光纖。
2 長周期光纖光柵的寫入方法
長周期光纖光柵寫入方法很多,主要有:紫外光法,電弧放電法,離子束入射法,CO2激光法,腐蝕刻槽法,機(jī)械微彎變形法等。其各有優(yōu)缺點(diǎn)。下面僅以主要的幾種方法說明寫入的原理和過程。
2.1 紫外光寫入法
這種寫入方法的原理是:用紫外光通過振動(dòng)模板曝光氫載摻鍺光纖,使得摻鍺光纖的光敏性引起纖芯折射率的周期性調(diào)制,如圖1所示。
圖1 傾斜振幅掩模板寫入不同周期的長周期光纖光柵
通過改變掩模板縫隙的周期,還可以寫入不同諧振波長的長周期光纖光柵,以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。圖1中,通過改變模板與光纖之間的夾角f,就可改變光柵周期fb。
此種方法的缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。常可用退火法來提高光柵的熱穩(wěn)定性。
2.2 腐蝕刻槽法
腐蝕刻槽法是直接利用氫氟酸周期性腐光纖形成周期性的環(huán)槽結(jié)構(gòu),從而形成長周期光纖光柵。如圖2所示。
圖2 腐蝕刻槽法寫入的長周期光纖光柵示意圖
此種方法形成的光纖光柵其折射率變化不僅發(fā)生在纖芯,而且在包層也起了很大改變。同時(shí),由于光纖內(nèi)部腐蝕部分和未腐蝕部分的直徑不同,在對(duì)光柵施加一定壓力后將引起折射率的變化,由此,此種長周期光纖光柵可以應(yīng)用在應(yīng)力、彎曲、扭曲、溫度等傳感器中。
2.3 離子束入射法
離子束入射法是用氫(H+)或氦(He+)離子束沿軸向周期性入射到光纖表面并注入到包層和纖芯,使其折射率發(fā)生周期性改變,形成長周期光纖光柵。其寫入方法如圖3所示。
圖3 離子束入射法寫入長周期光纖光柵的示意
該光纖光柵的優(yōu)點(diǎn):室溫下,常規(guī)光纖可形成長周期光纖光柵;通過調(diào)節(jié)入射粒子束的劑量來實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖折射率調(diào)制大小的控制;高溫穩(wěn)定性好,適應(yīng)高溫環(huán)境下工作。
3 長周期光纖光柵在實(shí)際中的應(yīng)用
LPFG的周期相對(duì)較長,滿足相位匹配條件的是同向傳輸?shù)睦w芯模和包層模。這就導(dǎo)致了LPFG的諧振波表和幅值對(duì)外界環(huán)境的變化非常敏感,具有更好的溫度、應(yīng)變、彎曲,扭曲、橫向負(fù)載、濃度和折射率靈敏度;另一方面,LPFG的濾波等特性在光纖通信中具有重要地位和價(jià)值。下面給出目前LPFG在傳感器和通信領(lǐng)域的最新的應(yīng)用成果。
3.1 溫度、應(yīng)變同時(shí)測量傳感器
溫度、應(yīng)變同時(shí)測量是實(shí)際工程測量應(yīng)用中的交叉測量問題。LPFG的諧振波長與應(yīng)變和溫度都具有較好的線性關(guān)系。實(shí)際測量時(shí)由LPFG和光纖布拉格光柵級(jí)聯(lián)組合而成,實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的同時(shí)測量。精度能夠分別達(dá)到±9με和±1.5℃。
3.2 高溫測量傳感器
電弧的放電寫入的長周期光纖光柵在30――200℃范圍內(nèi)的溫度實(shí)驗(yàn)表明:在800――900℃范圍內(nèi),溫度靈敏度有一段平坦區(qū)。因此,工程上可以用于此溫度下的線性溫度測量。CO2激光寫入法與電弧放電法寫入光纖光柵其形成機(jī)理本質(zhì)是一致的。所以都具有高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)還表明:在同一溫度范圍內(nèi),纖芯基模與高階包層模耦合的諧振波長的溫度靈敏度高于纖芯基模與低階包層模耦合的諧振波長的溫度靈敏度,這與理論分析也十分吻合。
3.3 彎曲傳感器
應(yīng)用兩個(gè)高頻CO2激光寫入的具有較強(qiáng)彎曲方向相關(guān)性的LPFG和一個(gè)其他方法寫入的沒有彎曲方向相關(guān)性的LPFG相互配合,不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)彎曲量的測量,還可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意彎曲方向的判別。這在橋梁等工程測量中應(yīng)用非常廣泛。
3.4 增益均衡器
現(xiàn)代光纖通信,密集波分復(fù)用(DWDM)已進(jìn)入實(shí)用階段。但由于傳輸中摻鉺光纖放大器(EDFA)的增益譜不平坦,使得各信道獲得的增益不同,從而導(dǎo)致信號(hào)傳輸產(chǎn)生誤碼。把幾個(gè)不同諧波長和透射率的LPFG級(jí)聯(lián),可獲得一個(gè)與EDFA的增益譜成倒數(shù)的損耗特性曲線。其增益譜在40nm帶寬范圍內(nèi)能達(dá)到1dB的平坦度。LPFG對(duì)摻鉺光纖增益譜的平坦作用在光纖陀螺儀中也有重要應(yīng)用。R.P.Moeller等人利用LPFG的平坦特性成功優(yōu)化了陀螺儀中的EDFA的增益譜,使陀螺儀的質(zhì)心波長溫度的相關(guān)性減小到0.2pm/℃,從而大提高了陀螺儀的溫度穩(wěn)定性,極大的提高了制導(dǎo)武器的精度。
3.5 光纖耦合器
LPFG常常可用作光纖通信中的光纖耦合器。LPFG耦合是屬于模式耦合,光信號(hào)通過纖芯導(dǎo)模耦合到纖芯,這就使得LPFG光纖耦合器具有工作距離短,橫向容差較小等特點(diǎn)。根據(jù)LPFG耦合器的工作原理,光源LD發(fā)出的光一部分耦合到纖芯中,另一部分經(jīng)半球形透鏡耦合到包層中并激發(fā)出多種包層模,耦合到包層中的光在包層中會(huì)激發(fā)出許多包層模,其中與LPFG諧振波長匹配的包模將耦合回到纖芯中形成導(dǎo)模。耦合距離及橫向容錯(cuò)性與光纖纖芯半徑和包層半徑有關(guān),也與包層折射率和入射角有聯(lián)系。而光纖耦合器的耦合效率與工作距離、半球形透鏡的半徑、LPFG損耗峰的幅值、橫向偏移、光源中心波長與LPFG諧振波長的差異、透鏡與LPFG之間的距離等因素有關(guān)。
3.6 梳狀濾波器
光濾波器是光纖通信中的主要器件之一,其性能的好壞將直接影響到光信號(hào)的傳輸。特別是在DMDW系統(tǒng)中,光慮波器是至關(guān)重要的部件。光纖梳狀慮波器通常由若干個(gè)LPFG等間隔級(jí)聯(lián)組成。一般而言,級(jí)聯(lián)光柵越多,其透射干涉條紋的精細(xì)度越高,即干涉峰帶寬越窄。當(dāng)級(jí)聯(lián)LPFG用于多通道梳狀慮波器時(shí),主干涉峰之間的小峰會(huì)給濾波效率帶來不利影響。這種不利影響通常也可以通過多級(jí)級(jí)聯(lián)的方法來克服。實(shí)驗(yàn)表明,級(jí)聯(lián)光柵的間距越大,LPFG透射譜主干涉峰的個(gè)數(shù)就越多,即主干涉峰之間的間距就越窄。因此,級(jí)聯(lián)LPFG構(gòu)成的梳狀濾波器的通道間隔可以通過改變級(jí)聯(lián)光柵之間的間距來調(diào)節(jié)。研究結(jié)果表明:多個(gè)LPFG級(jí)聯(lián)構(gòu)成的梳狀濾波器具有全兼容于光纖,制備簡單,成本低等優(yōu)點(diǎn),因此在光纖通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
4 結(jié)束語
隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起和多媒體傳輸?shù)男枰趥鬏斁嚯x和帶寬上,光纖通信日益顯示出其無可比擬的優(yōu)勢。全光網(wǎng)絡(luò)離我們?cè)絹碓浇辉趥鞲衅鲬?yīng)用方面,光纖也在集成化和交叉測量上具備獨(dú)特的優(yōu)勢。因此,研究和應(yīng)用光纖光柵具有非常重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和使用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]何瑾琳等.相移長周期光纖光柵的光譜特性及其在光分插復(fù)用器件中的應(yīng)用[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2000,20(8):1106-1111.
[2]劉云啟.布樣格光柵與長周期光纖光柵及傳感器特性研究[D].南開大學(xué)博士學(xué)位論文,2000,chapter6:89-113.
[3]ErdoganT,SipeJE.tiltedfibergratings.J.Opt.Soc.Am,A,1996,13(2):296~313.
篇7
關(guān)鍵詞:光柵;光纖通信;寫入方法;傳感器
0引言
當(dāng)今,隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)信息化需要,通信技術(shù)以前所未有的速度快速發(fā)展。以高速率、超寬帶,遠(yuǎn)距離、大容量、不受電磁干擾為顯著特征的光纖通信技術(shù)的進(jìn)步尤為突出。而光纖光柵是指通過光纖的光敏性,采取駐波法等,用不同波長的光源照射摻鍺、硼的光纖,或用物理化學(xué)方法使光纖的反射和折射發(fā)生永改變而形成的特殊光纖。光纖光柵在光纖通信和光纖傳感器、光計(jì)算、光信息處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,極大的推動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)的建立和發(fā)展。光纖光柵又分短周期光纖光柵和長周期光纖光柵。本文主要介紹長周期光纖光柵的機(jī)理和寫入方法及其應(yīng)用。
1長周期光纖光柵的機(jī)理及研究
光纖具有光敏性,光敏性是指當(dāng)光纖纖芯受到特定波長和高于一定強(qiáng)度的激光照射時(shí),折射率會(huì)發(fā)生永久性變化。光纖的光敏性主要取決于纖芯的制作材料及照射激光的波長和強(qiáng)度。顯然,利用光敏性可以改變光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的折射率,這一特點(diǎn)可以用來制作無源光器件。光纖光柵就是其重要的應(yīng)用。
長周期光纖光柵是指周期為幾十到幾百微米的能夠?qū)崿F(xiàn)同向模式間耦合的光纖光柵。長周期光柵的特點(diǎn)是同向傳輸?shù)睦w芯模和高層模之間的耦合,無反向反射,屬于透射型帶阻濾波器。所以,長周期光纖光柵常常也稱為透射光柵。
長周期光纖光柵理論主要來源于光纖布拉格光柵,研究模型有多種,其中最具典型的是耦合模理論。研究的關(guān)鍵點(diǎn)主要有:光纖光柵的導(dǎo)模、包層模和輻射模之間的模式耦合及傳輸特性。研究的內(nèi)容和參數(shù)包括:光纖光柵的諧振波長、損耗峰值、帶寬、耦合系數(shù)、傳播常數(shù)等以及這些參數(shù)與光柵周期、周期數(shù)、有效折射率的關(guān)系。
1996年AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的A.M.Vengsarkar等人用紫外光通過振幅掩模板照射氫載硅、鍺光纖獲得成功,從而誕生了長周期光柵光纖。
2長周期光纖光柵的寫入方法
長周期光纖光柵寫入方法很多,主要有:紫外光法,電弧放電法,離子束入射法,CO2激光法,腐蝕刻槽法,機(jī)械微彎變形法等。其各有優(yōu)缺點(diǎn)。下面僅以主要的幾種方法說明寫入的原理和過程。
2.1紫外光寫入法
這種寫入方法的原理是:用紫外光通過振動(dòng)模板曝光氫載摻鍺光纖,使得摻鍺光纖的光敏性引起纖芯折射率的周期性調(diào)制,如圖1所示。
圖1傾斜振幅掩模板寫入不同周期的長周期光纖光柵
通過改變掩模板縫隙的周期,還可以寫入不同諧振波長的長周期光纖光柵,以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。圖1中,通過改變模板與光纖之間的夾角f,就可改變光柵周期fb。
此種方法的缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。常可用退火法來提高光柵的熱穩(wěn)定性。
2.2腐蝕刻槽法
腐蝕刻槽法是直接利用氫氟酸周期性腐光纖形成周期性的環(huán)槽結(jié)構(gòu),從而形成長周期光纖光柵。如圖2所示。
圖2腐蝕刻槽法寫入的長周期光纖光柵示意圖
此種方法形成的光纖光柵其折射率變化不僅發(fā)生在纖芯,而且在包層也起了很大改變。同時(shí),由于光纖內(nèi)部腐蝕部分和未腐蝕部分的直徑不同,在對(duì)光柵施加一定壓力后將引起折射率的變化,由此,此種長周期光纖光柵可以應(yīng)用在應(yīng)力、彎曲、扭曲、溫度等傳感器中。
2.3離子束入射法
離子束入射法是用氫(H+)或氦(He+)離子束沿軸向周期性入射到光纖表面并注入到包層和纖芯,使其折射率發(fā)生周期性改變,形成長周期光纖光柵。其寫入方法如圖3所示。
圖3離子束入射法寫入長周期光纖光柵的示意
該光纖光柵的優(yōu)點(diǎn):室溫下,常規(guī)光纖可形成長周期光纖光柵;通過調(diào)節(jié)入射粒子束的劑量來實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖折射率調(diào)制大小的控制;高溫穩(wěn)定性好,適應(yīng)高溫環(huán)境下工作。
3長周期光纖光柵在實(shí)際中的應(yīng)用
LPFG的周期相對(duì)較長,滿足相位匹配條件的是同向傳輸?shù)睦w芯模和包層模。這就導(dǎo)致了LPFG的諧振波表和幅值對(duì)外界環(huán)境的變化非常敏感,具有更好的溫度、應(yīng)變、彎曲,扭曲、橫向負(fù)載、濃度和折射率靈敏度;另一方面,LPFG的濾波等特性在光纖通信中具有重要地位和價(jià)值。下面給出目前LPFG在傳感器和通信領(lǐng)域的最新的應(yīng)用成果。3.1溫度、應(yīng)變同時(shí)測量傳感器
溫度、應(yīng)變同時(shí)測量是實(shí)際工程測量應(yīng)用中的交叉測量問題。LPFG的諧振波長與應(yīng)變和溫度都具有較好的線性關(guān)系。實(shí)際測量時(shí)由LPFG和光纖布拉格光柵級(jí)聯(lián)組合而成,實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的同時(shí)測量。精度能夠分別達(dá)到±9με和±1.5℃。
3.2高溫測量傳感器
電弧的放電寫入的長周期光纖光柵在30——200℃范圍內(nèi)的溫度實(shí)驗(yàn)表明:在800——900℃范圍內(nèi),溫度靈敏度有一段平坦區(qū)。因此,工程上可以用于此溫度下的線性溫度測量。CO2激光寫入法與電弧放電法寫入光纖光柵其形成機(jī)理本質(zhì)是一致的。所以都具有高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)還表明:在同一溫度范圍內(nèi),纖芯基模與高階包層模耦合的諧振波長的溫度靈敏度高于纖芯基模與低階包層模耦合的諧振波長的溫度靈敏度,這與理論分析也十分吻合。
3.3彎曲傳感器
應(yīng)用兩個(gè)高頻CO2激光寫入的具有較強(qiáng)彎曲方向相關(guān)性的LPFG和一個(gè)其他方法寫入的沒有彎曲方向相關(guān)性的LPFG相互配合,不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)彎曲量的測量,還可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意彎曲方向的判別。這在橋梁等工程測量中應(yīng)用非常廣泛。
3.4增益均衡器
現(xiàn)代光纖通信,密集波分復(fù)用(DWDM)已進(jìn)入實(shí)用階段。但由于傳輸中摻鉺光纖放大器(EDFA)的增益譜不平坦,使得各信道獲得的增益不同,從而導(dǎo)致信號(hào)傳輸產(chǎn)生誤碼。把幾個(gè)不同諧波長和透射率的LPFG級(jí)聯(lián),可獲得一個(gè)與EDFA的增益譜成倒數(shù)的損耗特性曲線。其增益譜在40nm帶寬范圍內(nèi)能達(dá)到1dB的平坦度。LPFG對(duì)摻鉺光纖增益譜的平坦作用在光纖陀螺儀中也有重要應(yīng)用。R.P.Moeller等人利用LPFG的平坦特性成功優(yōu)化了陀螺儀中的EDFA的增益譜,使陀螺儀的質(zhì)心波長溫度的相關(guān)性減小到0.2pm/℃,從而大提高了陀螺儀的溫度穩(wěn)定性,極大的提高了制導(dǎo)武器的精度。
3.5光纖耦合器
LPFG常常可用作光纖通信中的光纖耦合器。LPFG耦合是屬于模式耦合,光信號(hào)通過纖芯導(dǎo)模耦合到纖芯,這就使得LPFG光纖耦合器具有工作距離短,橫向容差較小等特點(diǎn)。根據(jù)LPFG耦合器的工作原理,光源LD發(fā)出的光一部分耦合到纖芯中,另一部分經(jīng)半球形透鏡耦合到包層中并激發(fā)出多種包層模,耦合到包層中的光在包層中會(huì)激發(fā)出許多包層模,其中與LPFG諧振波長匹配的包模將耦合回到纖芯中形成導(dǎo)模。耦合距離及橫向容錯(cuò)性與光纖纖芯半徑和包層半徑有關(guān),也與包層折射率和入射角有聯(lián)系。而光纖耦合器的耦合效率與工作距離、半球形透鏡的半徑、LPFG損耗峰的幅值、橫向偏移、光源中心波長與LPFG諧振波長的差異、透鏡與LPFG之間的距離等因素有關(guān)。
3.6梳狀濾波器
光濾波器是光纖通信中的主要器件之一,其性能的好壞將直接影響到光信號(hào)的傳輸。特別是在DMDW系統(tǒng)中,光慮波器是至關(guān)重要的部件。光纖梳狀慮波器通常由若干個(gè)LPFG等間隔級(jí)聯(lián)組成。一般而言,級(jí)聯(lián)光柵越多,其透射干涉條紋的精細(xì)度越高,即干涉峰帶寬越窄。當(dāng)級(jí)聯(lián)LPFG用于多通道梳狀慮波器時(shí),主干涉峰之間的小峰會(huì)給濾波效率帶來不利影響。這種不利影響通常也可以通過多級(jí)級(jí)聯(lián)的方法來克服。實(shí)驗(yàn)表明,級(jí)聯(lián)光柵的間距越大,LPFG透射譜主干涉峰的個(gè)數(shù)就越多,即主干涉峰之間的間距就越窄。因此,級(jí)聯(lián)LPFG構(gòu)成的梳狀濾波器的通道間隔可以通過改變級(jí)聯(lián)光柵之間的間距來調(diào)節(jié)。研究結(jié)果表明:多個(gè)LPFG級(jí)聯(lián)構(gòu)成的梳狀濾波器具有全兼容于光纖,制備簡單,成本低等優(yōu)點(diǎn),因此在光纖通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
4結(jié)束語
隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起和多媒體傳輸?shù)男枰趥鬏斁嚯x和帶寬上,光纖通信日益顯示出其無可比擬的優(yōu)勢。全光網(wǎng)絡(luò)離我們?cè)絹碓浇辉趥鞲衅鲬?yīng)用方面,光纖也在集成化和交叉測量上具備獨(dú)特的優(yōu)勢。因此,研究和應(yīng)用光纖光柵具有非常重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和使用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]何瑾琳等.相移長周期光纖光柵的光譜特性及其在光分插復(fù)用器件中的應(yīng)用[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2000,20(8):1106-1111.
[2]劉云啟.布樣格光柵與長周期光纖光柵及傳感器特性研究[D].南開大學(xué)博士學(xué)位論文,2000,chapter6:89-113.
篇8
關(guān)鍵詞:下限層,熱試油,蒸汽吞吐,原油粘度,采收率
1、長春嶺地區(qū)概況
1.1 地質(zhì)概況
圖1 長春嶺地區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖
長春嶺背斜帶扶余域號(hào)構(gòu)造位于松遼盆地南部東南隆起區(qū),西與中央坳陷區(qū)的扶新隆起帶接壤,北為大慶油區(qū)的朝陽溝階地。沉積環(huán)境為淺水湖泊三角洲相,可分為三角洲分流平原和三角洲前緣兩個(gè)亞相,主要發(fā)育分流河道、水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩等沉積微相。泉四段儲(chǔ)層巖性以長石巖屑細(xì)砂巖為主,泥質(zhì)含量在3~13%之間,膠結(jié)類型以孔隙式為主,其次為孔隙原接觸式;孔隙度一般為7.1~35%,平均為27.0%;預(yù)測儲(chǔ)量7182* 104t,含油面積54.2km2(圖1)[1]。
該區(qū)物性下限標(biāo)準(zhǔn)為:孔隙度20%,深側(cè)向18Ω·m,聲波330s/m。針對(duì)下限層,由于原油粘度高,流動(dòng)性差,常規(guī)試油產(chǎn)量極低。對(duì)長39井11+10號(hào)層、長40井8+9號(hào)層、長105井5號(hào)層、長112-1井14+13號(hào)層和長36-1井10號(hào)層采用混和蒸汽吞吐熱試油,取得了良好效果。
1.2 油藏溫度與壓力
據(jù)該區(qū)扶余油層井實(shí)測溫度、壓力資料分析,地層壓力一般為1.58~2.53MPa,平均為2.00MPa,壓力梯度為0.82MPa/100m;地層溫度一般為19.4~27℃,平均為21.84℃,地溫梯度1.2℃/100m,屬正常的溫度、壓力系統(tǒng),油藏驅(qū)動(dòng)類型為彈性驅(qū)和水驅(qū)。
1.3 原油物性
該區(qū)主力油層為泉四段,油層埋深淺,多在200-300m左右,溫度低,原油密度和原油粘度都比較高,地面原油密度分布在0.8664~0.9318t/m3之間,平均為0.8859t/m3。地面原油粘度在15.98~132mP.s之間,平均為42.46mP.s。凝固點(diǎn)一般為3~24℃,平均為15℃;含蠟量平均為15.6%;含硫量平均為0.10%(圖2)。
圖2長春嶺下限層原油粘度平面圖
1.4 對(duì)稠油試油采取的措施
由于長春嶺地區(qū)地層原油粘度高,多呈稠油特稠油屬性,因此在常規(guī)試油過程中都幾乎沒有產(chǎn)出,結(jié)合該地區(qū)油層埋藏淺的特點(diǎn),經(jīng)過理論分析研究后在現(xiàn)場采用注蒸汽降粘、加壓的方法進(jìn)行熱試油,結(jié)果都很大程度的提高了本區(qū)下限層原油產(chǎn)量及采收率,五口井通過蒸汽吞吐獲得了工業(yè)油流,這對(duì)于下限層的開發(fā)具有巨大意義[2]。
2、熱試油方法
2.1概述
蒸汽吞吐熱試油就是將一定量的高溫高壓混和蒸汽注入油層,注入壓力及速度以不超過油層破裂壓力為上限,燜井?dāng)?shù)天,加熱油層內(nèi)的原油,開井抽汲求產(chǎn)能。注入的高溫高壓蒸汽對(duì)地層、流體加熱,起到降粘、增壓、解堵等作用,適用于稠油、凝析油的試油開采。
2.2 混和蒸汽吞吐熱試油機(jī)理
(1)油層注入蒸汽,加熱油層內(nèi)的原油,由于溫度升高使原油粘度降低,原油的流動(dòng)性增強(qiáng);氮?dú)庠诰滦纬蓞^(qū)域內(nèi)能有效驅(qū)動(dòng)地層中的原油及冷凝油并且氮?dú)饩哂薪嫡匙饔茫艽蟠筇岣卟墒章省2糠侄趸加鏊尚纬扇跛幔欣谠徒嫡澈土鲃?dòng),能夠增大注入能力,一般二氧化碳可使原油粘度降低到原來的1/10。
(2)注入蒸汽,對(duì)油層加熱,蒸汽變成熱水流動(dòng),轉(zhuǎn)換油層孔隙內(nèi)的原油;且溫度的升高,油的相對(duì)滲透率升高,原油的流動(dòng)性增強(qiáng)。畢業(yè)論文,蒸汽吞吐。。
(3)油層內(nèi)注入高壓蒸汽,溫度升高,油層內(nèi)的流體和巖石均要膨脹,從而增加彈性能量。
(4)由于氣態(tài)的氮?dú)狻⒍趸己蛢?chǔ)層內(nèi)稠油的比重差,產(chǎn)生重力分異作用,通過這種重力分異作用就可以擴(kuò)大氣體的波及范圍,使氣體和熱量在油層內(nèi)重新分布,增加油藏流體之間的熱交換效果,從而可以充分挖掘剩余油。
(5)注入氣體體積大,可較快提高地層壓力;由于大量高壓氣體存在,具有明顯的彈性作用,可增加對(duì)地層流體的驅(qū)動(dòng)能力。
(6)被加熱后的原油流入井筒,利于抽汲。
2.3 熱試油工藝流程
在長春嶺背斜熱試油四口井,熱試油工藝流程為:采用熱采采油樹,射孔壓裂后下隔熱管柱(管柱結(jié)構(gòu):油管掛—隔熱管柱—縮徑)、套管注入氮?dú)馄鸶魺嶙饔谩⒗谜羝l(fā)生器注入41.35%N2、7.24%CO2、0.51%O2、50.91%H2O高壓高溫混和蒸汽,燜井?dāng)?shù)天后,放噴,換采油樹及管柱抽汲求產(chǎn)(圖3)[3]。
圖3熱試油工藝流程圖
3、長春嶺熱試油方法應(yīng)用實(shí)例及效果
2008年在長春嶺有四口井應(yīng)用混和蒸汽吞吐熱試油技術(shù),提高了油產(chǎn)量,收到了很好效果。
3.1長39井分析
長39井位于長春嶺背斜帶扶余Ⅱ號(hào)構(gòu)造上。10+11號(hào)層射孔井段390.4~385.2m,厚度5.2m,11號(hào)層孔隙度27.8%,滲透率114.94*10-3m2,10號(hào)層孔隙度24.6%,滲透率46.5*10-3m2。
壓裂后常規(guī)試油見油花,日產(chǎn)水26.1m3。2008年1月8日至1月15日進(jìn)行熱采施工,累計(jì)注入汽量為5*104m3,注汽溫度280~290益,施工壓力4.02~8.02 MPa。燜井至20日,壓力下降到2MPa時(shí)放噴求產(chǎn),日產(chǎn)油0.8m3,水35.3m3,獲得工業(yè)油流,取得突破。
油樣室內(nèi)分析:20℃原油密度0.9148g/cm3,50℃原油粘度60.50mPa.s,含蠟15.4%,含膠質(zhì)32.4%,凝固點(diǎn)12℃,初餾點(diǎn)127℃。
3.2長112-1井分析
長112-1井位于長春嶺背斜帶扶余Ⅱ號(hào)構(gòu)造上。13+14號(hào)層射孔井段:314.0~305.0m,厚度5.0m。電測解釋:14號(hào)層孔隙度21.92%,滲透率14.47*10-3m2,13號(hào)層孔隙度34.49%,滲透率587.3*10-3m2。
2008年5月23日油管傳輸射孔,YD-102槍,127王彈,射后井口無顯示。換熱采管柱后套管注氮?dú)?400m3,6月3日~8日注高溫高壓混和蒸汽50516m3;燜井至6月10日,開井放噴后換管柱抽汲求產(chǎn),日產(chǎn)油0.78m3,水7.99m3,獲工業(yè)油流。
油樣室內(nèi)分析:20益原油密度0.909g/cm3,50℃原油粘度113.10mpa.s,含蠟12.9%,含膠質(zhì)30.9%,凝固點(diǎn)18℃,初餾點(diǎn)131℃。原油含蠟、膠質(zhì)量高,粘度高,不易流動(dòng)(表1)。
表1長春嶺油氣田試油情況對(duì)照表
通過以上分析可以看出,高溫高壓混和蒸汽吞吐在長春嶺下限層試油中收到了很好效果,對(duì)常規(guī)試油見油花的下限層采用該方法能達(dá)到工業(yè)油流標(biāo)準(zhǔn),這對(duì)于下限層的開發(fā)具有巨大意義,意味著一大批過去不能動(dòng)用的下限層現(xiàn)在可以進(jìn)行開發(fā),對(duì)油田的增儲(chǔ)上產(chǎn)起到很大作用。
4、結(jié)論與認(rèn)識(shí)
(1)高溫高壓混和蒸汽吞吐是目前比較成熟的一項(xiàng)技術(shù),比較適用于長春嶺下限儲(chǔ)層的開發(fā),使過去無法動(dòng)用的儲(chǔ)層得到動(dòng)用。
(2)在長春嶺下限層的熱試油中,采用了熱采油樹、隔熱油管、注氮隔熱方法,取是了很好的效果。畢業(yè)論文,蒸汽吞吐。。畢業(yè)論文,蒸汽吞吐。。但就管柱結(jié)構(gòu)是否可能優(yōu)化,如采用熱補(bǔ)償器、熱敏封隔器等,以達(dá)到更經(jīng)濟(jì)更適用的目的還有待于研究和實(shí)踐。畢業(yè)論文,蒸汽吞吐。。畢業(yè)論文,蒸汽吞吐。。
(3)在長春嶺下限層的熱試油中,只是應(yīng)用了高溫高壓混和蒸汽吞吐,結(jié)合其他開發(fā)稠油的方法是否可行?如利用高溫高壓混和蒸汽把霧狀化學(xué)降粘劑帶入儲(chǔ)層深部,是否能起到更大作用,時(shí)間更持久,還有待于以后研究和實(shí)踐。畢業(yè)論文,蒸汽吞吐。。
(4)目前采用的熱試油工藝是采用下隔熱管柱,套管注氮,注蒸汽,燜井后換管柱進(jìn)行試油,是否可以氮?dú)馀c蒸汽一體化進(jìn)行注采,利用注氮?dú)獗Wo(hù)油管、套管不受損害,補(bǔ)充地層能量,簡化工藝流程,還有待于研究與實(shí)踐。
【參考文獻(xiàn)】:
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篇9
關(guān)鍵詞:材料物理性能 電學(xué)性能 光學(xué)性能 電光轉(zhuǎn)換
中圖分類號(hào):G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)08(b)-0083-02
《材料物理性能》在材料科學(xué)與工程專業(yè)中具有傳承基礎(chǔ)、步入專業(yè)的核心價(jià)值。在光電子技術(shù)高速發(fā)展和全面普及的今天,材料電學(xué)性能、光學(xué)性能、以及電光轉(zhuǎn)換特性實(shí)驗(yàn)毫無疑問在該課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中占有舉足輕重的地位。據(jù)作者所知,目前出版的有關(guān)書籍中和教研論文方面還很少涉及到電光轉(zhuǎn)換特性方面的實(shí)驗(yàn),作者在《材料物理性能》課程中作了探索性嘗試。
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
有關(guān)材料與器件中的電學(xué)性能、光學(xué)性能、以及二者之間的相互轉(zhuǎn)換特性及其應(yīng)用等方面的理論和工藝,通稱為光電子技術(shù),材料電學(xué)性能與光學(xué)性能緊密相連、相輔相成。因此,考慮電光轉(zhuǎn)換特性如轉(zhuǎn)換效率,驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流、發(fā)光光譜、發(fā)光亮度、發(fā)光色度等需充分考慮材料的綜合性能和器件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。基于此我們提出以多層功能薄膜材料構(gòu)建電致發(fā)光器件來設(shè)計(jì)材料的電學(xué)性能、光學(xué)性能、以及二者的轉(zhuǎn)換特性方面的創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)。具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟如下。
(1)電致發(fā)光器件設(shè)計(jì)與機(jī)理分析。
電致發(fā)光是利用材料的光電功能特性,將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的過程。其基本工作原理是從陽極注入的空穴和從陰極注入的電子在發(fā)光層中復(fù)合形成激子并以光能的形式發(fā)出,基本過程大致可以分為以下五個(gè)階段。
①載流子的注入。
電致發(fā)光器件在外加電場的作用下,空穴和電子分別從陽極和陰極注入到相應(yīng)的空穴傳輸層和電子傳輸層。
②載流子的傳輸。
空穴和電子分別從空穴傳輸層和電子傳輸層中移動(dòng)并向發(fā)光層遷移。
③載流子的復(fù)合及激子的形成。
空穴和電子在發(fā)光層中復(fù)合,形成高能量狀態(tài)(激發(fā)態(tài))的激子。
④發(fā)光。
激子經(jīng)過馳豫、擴(kuò)散等過程其能量以光子的形式發(fā)出。
⑤光子逃離器件。
光子穿過薄膜材料及透明電極發(fā)射出去。由于薄膜材料和透明導(dǎo)電電極本身的吸收和反射,光能要受到很大的損失。
(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析。
實(shí)驗(yàn)的電學(xué)性能涉及:驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流、以及電功率。實(shí)驗(yàn)的光學(xué)性能涉及:發(fā)光光譜、發(fā)光亮度、發(fā)光色度、以及光功率。電光轉(zhuǎn)換特性重點(diǎn)要考慮電光轉(zhuǎn)化效率,具體以發(fā)光效率(單位電流密度下的亮度)和功率效率(電功率轉(zhuǎn)換成為光功率的效率),對(duì)于材料科學(xué)和材料物理方面的科研人員傾向于用發(fā)光效率來表達(dá),而材料工程領(lǐng)域的科研人員對(duì)功率效率更受關(guān)注。對(duì)于平面型發(fā)光光源(面光源)來說,不同視角下的發(fā)光光譜特征符合Lambertian分布,因此發(fā)光效率和功率效率之間的換算可以用關(guān)系式“功率效率=發(fā)光效率*π/驅(qū)動(dòng)電壓”來計(jì)算。發(fā)光效率和功率效率都與發(fā)光光譜視覺靈敏度有關(guān),光譜峰值位置不同,這兩個(gè)值有很大的差異。這兩種表示效率的方法都是從實(shí)用角度出發(fā)的,是平板顯示、特殊光源、固態(tài)照明等領(lǐng)域中表示效率的常用方法,與物理學(xué)中的傳統(tǒng)量子效率表示方法既有聯(lián)系又有區(qū)別。
將實(shí)驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)記錄于表1中,根據(jù)發(fā)光光源的面積、驅(qū)動(dòng)電流、電壓、和發(fā)光亮度計(jì)算出相應(yīng)的發(fā)光效率(cd/A)和功率效率(l m/W)。對(duì)于發(fā)光光譜的數(shù)據(jù)記錄,畫出以光波長為橫坐標(biāo),以光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的光譜圖,并確定發(fā)光峰值波長,典型的藍(lán)光光譜圖如圖2所示。
2 實(shí)驗(yàn)效果與思考
通過電致發(fā)光器件實(shí)現(xiàn)了材料電學(xué)性能、光學(xué)性能以及電光轉(zhuǎn)換特性的表征與評(píng)價(jià)。還可以繼續(xù)思考和理解以下幾個(gè)問題加深對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)理解與綜合運(yùn)用。
(1)分析影響發(fā)光光譜、發(fā)光亮度和發(fā)光色度測試的因素主要有哪些?
(2)如何根據(jù)發(fā)光光譜計(jì)算出發(fā)光亮度和色度?
(3)如何根據(jù)發(fā)光光譜、驅(qū)動(dòng)電壓和電流計(jì)算量子效率?
3 結(jié)語
通過在《材料物理性能》實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)電光轉(zhuǎn)換特性綜合實(shí)驗(yàn),使學(xué)生深入理解材料電學(xué)性能、光學(xué)性能、以及電光轉(zhuǎn)換特性之間的關(guān)聯(lián)性。同時(shí)也增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐緊密結(jié)合起來,進(jìn)一步貼近了實(shí)際應(yīng)用。本文為目前大學(xué)本科《材料物理性能》實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)和教學(xué)模式提供了重要參考價(jià)值。
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篇10
關(guān)鍵詞:光電子學(xué);教學(xué)方法;教學(xué)改革;實(shí)踐環(huán)節(jié)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2015)11-0138-02
一、介紹
光電子技術(shù)是由光信息技術(shù)和電子技術(shù)的相互結(jié)合而形成的新的光電子技術(shù),涉及光信息處理、光纖通信、激光技術(shù)等領(lǐng)域,是未來社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的核心技術(shù)。光電子技術(shù)不僅研究內(nèi)容非常廣泛,而且也是未來信息技術(shù)中的重要推動(dòng)力量,它包含光信號(hào)的產(chǎn)生、光信息的傳遞、光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換和處理和光電功能材料相關(guān)的內(nèi)容,如:光電功能材料的發(fā)光機(jī)理、制備方法和工藝應(yīng)用范圍、光電器件的加工與制作和光電系統(tǒng)的集成等一系列從基礎(chǔ)理論到實(shí)際工程應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域的研究。涉及光子學(xué)、光信息科學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論,它是由多個(gè)學(xué)科之間的交叉而形成的一門高新技術(shù)學(xué)科。
光電子技術(shù)在經(jīng)歷上述學(xué)科之間的交叉滲透后,其技術(shù)水平和工程應(yīng)用技術(shù)取得了很多突破,在社會(huì)發(fā)展中以及社會(huì)信息化中起著越來越重要的作用,光電子技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品也越來越多地影響我們的生活。目前,國內(nèi)外正掀起一股光電子技術(shù)和光電子產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展的熱潮。一些國家把大量資金投入光電子學(xué)和光電子技術(shù)的研究和開發(fā)中,許多以光電子技術(shù)為研究方向的研究中心、實(shí)驗(yàn)室和公司越來越多的建立起來。光電子技術(shù)的發(fā)展決定了未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,將給工業(yè)和社會(huì)帶來比電子技術(shù)更大的技術(shù)沖擊。光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)持續(xù)發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。
因此,光電子學(xué)基礎(chǔ)是光電子專業(yè)學(xué)生必備的基礎(chǔ)知識(shí),也是未來光電子產(chǎn)業(yè)需求的人才中需要掌握的重要基礎(chǔ)知識(shí)。
二、課程特點(diǎn)及專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)
光電子學(xué)基礎(chǔ)是整個(gè)專業(yè)中的基礎(chǔ)專業(yè)課程,在學(xué)生專業(yè)思想和未來培養(yǎng)目標(biāo)及要求的實(shí)現(xiàn)上發(fā)揮重要的作用,也是未來該專業(yè)研究生必需的基礎(chǔ)課程儲(chǔ)備。該課程注重理論聯(lián)系實(shí)際,注重對(duì)學(xué)習(xí)者能力的培養(yǎng),重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、解決問題能力,為將來從事光電技術(shù)領(lǐng)域的科研、開發(fā)和應(yīng)用工作奠定基礎(chǔ)。
我們的培養(yǎng)目標(biāo)為:培養(yǎng)在光電子技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域具有深厚的理論基礎(chǔ)、扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和熟練的實(shí)驗(yàn)技能,德、智、體全面發(fā)展的高級(jí)光電子技術(shù)科學(xué)人才,使學(xué)生具有在光學(xué)、光電子學(xué)、光通信技術(shù)、激光科學(xué)、光波導(dǎo)與光電集成技術(shù)、光信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域開展創(chuàng)新性基礎(chǔ)理論研究以及從事設(shè)計(jì)、開發(fā)應(yīng)用和管理等工作應(yīng)具備的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。因此,基于我們的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和光電子學(xué)基礎(chǔ)課程的自身特點(diǎn),我們?cè)诮虒W(xué)過程中進(jìn)行了改革探索。
三、教學(xué)改革探索
1.教學(xué)內(nèi)容改革。①授課體系和講授重點(diǎn)。該課程根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)需要,從光電子器件和光電子技術(shù)在未來工程應(yīng)用的需要的角度出發(fā),研究原理及系統(tǒng)構(gòu)成在光電檢測技術(shù)、光纖通訊領(lǐng)域中的常用光電器件的技術(shù)。重點(diǎn)講述光學(xué)基礎(chǔ)、光纖通訊的構(gòu)成、半導(dǎo)體物理、光纖器件、光電子現(xiàn)象和光電轉(zhuǎn)換器件,重點(diǎn)講解光電子器件的結(jié)構(gòu)、工作機(jī)理、工作特性和在工程技術(shù)上的具體應(yīng)用。為了更好地將所學(xué)應(yīng)用到未來的技術(shù)發(fā)展上,對(duì)各類光電器件的系統(tǒng)集成、信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)技術(shù)也作了詳細(xì)的講解,同時(shí)給出在工程中的實(shí)際例子。②課堂教學(xué)內(nèi)容緊跟科學(xué)發(fā)展的步伐。光電子課程的教材對(duì)于快速發(fā)展的光電子技術(shù)來說,既是基本的原理內(nèi)容,但又是滯后的技術(shù),若授課時(shí)只是按照教材內(nèi)容講解,往往會(huì)帶來知識(shí)不新、內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展脫節(jié)的后果,易使學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)積極性和興趣下降。因此,在教學(xué)過程中補(bǔ)充和及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容,增加一部分現(xiàn)代光電子技術(shù)的發(fā)展前沿、新出現(xiàn)的技術(shù)及需求,從而能給學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)探索和求真的空間。③加強(qiáng)該課程與應(yīng)用技術(shù)之間的聯(lián)系。專業(yè)基礎(chǔ)課程的基本功能是讓學(xué)生了解和掌握所學(xué)專業(yè)的發(fā)展方向,培養(yǎng)的學(xué)生能在以后的學(xué)習(xí)中、工作中涉及光電子技術(shù)方面上進(jìn)行繼續(xù)學(xué)習(xí)和鉆研。因此在給同學(xué)們講解課程中的內(nèi)容時(shí),要與現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展緊密結(jié)合。針對(duì)在光電檢測技術(shù)、激光應(yīng)用技術(shù)、光纖通訊技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解,結(jié)合當(dāng)前社會(huì)已有的需求的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行講解,使該專業(yè)的學(xué)生明確所學(xué)課程內(nèi)容在技術(shù)應(yīng)用、研究發(fā)展及市場前景,對(duì)未來的從事的專業(yè)充滿信心。④為了更加與國際接軌,嘗試了雙語教學(xué)。在平時(shí)提供給學(xué)生光電子相關(guān)的外文讀物和論文,指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)詞匯,在課堂中進(jìn)行講解,開闊同學(xué)們的視野,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行初步科研潛力的培養(yǎng)和學(xué)習(xí),調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,引導(dǎo)他們進(jìn)行文獻(xiàn)學(xué)習(xí),進(jìn)一步了解國外光電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,激發(fā)興趣。⑤教學(xué)內(nèi)容與市場技術(shù)應(yīng)用及需求的結(jié)合。結(jié)合本校本地區(qū)特點(diǎn),系統(tǒng)規(guī)劃、組織,實(shí)施產(chǎn)、學(xué)、研一體化模式。針對(duì)光電子技術(shù)和光電子產(chǎn)業(yè)市場密切聯(lián)系的特點(diǎn),在課程內(nèi)容上跟上市場技術(shù)需求,結(jié)合本地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況,培養(yǎng)既有專業(yè)知識(shí)和跨學(xué)科知識(shí),又有極強(qiáng)的實(shí)際操作能力、適應(yīng)性強(qiáng)的學(xué)生,全面提升學(xué)生的理論素養(yǎng)和實(shí)踐能力,增強(qiáng)學(xué)生在未來光電子產(chǎn)業(yè)上的競爭力。
2.教學(xué)方法探索。①充分利用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué),利用多媒體課件在表達(dá)上形象直觀、方便,在效率上和容量上很大的特點(diǎn)和優(yōu)勢。既能使課程中的各種圖片資料得到清晰展示,還能節(jié)約課程上的時(shí)間,從而能在課堂教學(xué)中講解更多的課程內(nèi)容,較大地提升了授課中課堂的信息量。因此我們認(rèn)真積極地制作教學(xué)課件,充分利用網(wǎng)絡(luò)上豐富的信息資源,并與兄弟院校的老師展開課程教學(xué)交流,共享多媒體課件。極大地激發(fā)學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣。②采用課堂教學(xué)和專題講座結(jié)合的教學(xué)方法。在進(jìn)行課堂理論教學(xué)的同時(shí),利用其他時(shí)間安排、組織團(tuán)隊(duì)教師舉辦《光電子技術(shù)專題講座》,開展光電子技術(shù)專題研究,如液晶顯示、光電轉(zhuǎn)換及系統(tǒng)集成、光纖傳感及應(yīng)用和近場光學(xué)中的探測技術(shù)等,既能強(qiáng)化學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論,又能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)。吸引學(xué)生參與到大學(xué)生訓(xùn)練計(jì)劃和參與到老師研究的課題中,提前打下科學(xué)研究基礎(chǔ)。③在方法改革中,在富有開放性的問題情境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。對(duì)參與到老師研究的課題或參加大學(xué)生訓(xùn)練計(jì)劃的老師,幫助學(xué)生制定合理的研究計(jì)劃,選擇合適的研究方案和方法,積極發(fā)動(dòng)研究光電子技術(shù)的老師,為這些同學(xué)們提供必要的實(shí)驗(yàn)條件,由學(xué)生自己動(dòng)手去實(shí)驗(yàn),考證研究方法和方案,來尋求實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的答案。這時(shí),教師起到的是一個(gè)組織者的角色,指導(dǎo)、規(guī)范學(xué)生的探索過程。這樣的過程,不僅僅是要讓學(xué)生學(xué)量的知識(shí),更重要的是要學(xué)習(xí)科學(xué)研究的過程或方法。
3.教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)探索。在光電子學(xué)基礎(chǔ)課程中,本來并沒有設(shè)置時(shí)間環(huán)節(jié),而且多數(shù)放置在大三或大四學(xué)習(xí),實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)很少開始。我們?yōu)榱四軌蚋玫靥嵘龑W(xué)生實(shí)踐技能和掌握技術(shù)設(shè)備的結(jié)合,先在原有課程體系中安排三分之一的時(shí)間來安排實(shí)踐環(huán)節(jié),開設(shè)具體的、有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,讓同學(xué)們能更有效地了解、認(rèn)識(shí)和掌握知識(shí)和技能。在普通物理實(shí)驗(yàn)、電子實(shí)驗(yàn)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開設(shè)如固體光電子耦合器件、熱電耦器件、發(fā)光器件及光子器件。對(duì)光通訊系統(tǒng)的傳輸和光電子器件的作用有了直觀的認(rèn)識(shí)和理解。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合地方實(shí)際,聯(lián)系相關(guān)光電子產(chǎn)業(yè)中的企業(yè),組織學(xué)生進(jìn)行參觀學(xué)習(xí),從而讓學(xué)生自己體會(huì)從書本上理論到實(shí)驗(yàn)實(shí)際,再從實(shí)驗(yàn)實(shí)際再到光電子技術(shù),從光電子技術(shù)再到光電子商品的過程,能一下子把整個(gè)知識(shí)到技術(shù)到效益的過程展現(xiàn)在同學(xué)們的內(nèi)心中,從而更能培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生興趣,也能將培養(yǎng)目標(biāo)中的產(chǎn)業(yè)式人才完成,彌補(bǔ)普通高等教育中最缺失的人才與市場的不對(duì)接的不足。
4.教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)探索。在光電子學(xué)基礎(chǔ)課程改革中,把教學(xué)目標(biāo)從以知識(shí)教育為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)和科學(xué)人才需求的融合,培養(yǎng)具有創(chuàng)新、探索精神的新時(shí)代新型人才。長時(shí)間以來,我們?cè)诮虒W(xué)過程和專業(yè)培養(yǎng)中,存在著理論與實(shí)際技術(shù)需求的相脫離的現(xiàn)象,造成理工科學(xué)生對(duì)于市場技術(shù)需求常識(shí)缺乏。我們把教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)都做了有意義的初步探索。進(jìn)一步增強(qiáng)了理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐環(huán)節(jié)、實(shí)踐環(huán)節(jié)到市場技術(shù)發(fā)展的學(xué)習(xí)過程,極大地激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,為將來從事該專業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和牢固的信心。在近三年中,我們培養(yǎng)的本科畢業(yè)生就業(yè)率95%以上,該專業(yè)畢業(yè)生考研成功率30%以上,使光信息科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍,形成了爭趕超的局面。同時(shí),針對(duì)光信息科學(xué)和工程專業(yè)的學(xué)生,我們注意在進(jìn)行科學(xué)知識(shí)教育的同時(shí)注重培養(yǎng)市場技術(shù)需求方面的培養(yǎng),增加了企業(yè)參觀及動(dòng)手實(shí)踐等環(huán)節(jié),同時(shí)講授在科學(xué)研究中人文素養(yǎng)培養(yǎng)的重要性,從而使之潛移默化地對(duì)學(xué)生進(jìn)行自然的而不是勉強(qiáng)的人文教育。
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