Московский государственный университет приборостроения и информатики
Кафедра ПР 8 Инновационные технологии в приборостроении и
(шифр и наименование кафедры)
микроэлектронике
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой___
_________ (_____________)
«___»_________200__г.
Только для студентов по
специальностям подготовки
200107_____________
Методические указания на практическое занятие №___
«Планирование эксперимента в технологических исследованиях».
(шифр и наименование учебной дисциплины)
ТЕМА __ Исследование процесса сварки оптического волокна
(наименование темы практического занятия)
МГУПИ – 200__г.
Исследование процесса сварки оптического волокна
Достаточно часто на практике необходимо решать задачи оптимизации технологических процессов. Эта проблема является очень актуальной, так как с точки зрения экономики задача улучшения параметров изделия посредством изменения параметров технологического процесса дает отличный результат улучшения потребительских свойств изделия при минимальных затратах.
Часто эта задача решается при помощи постановки серии опытов по исследованию зависимости параметра оптимизации от различных факторов. Для увеличения уменьшения финансовых и временных затрат при постановке опытов применяются различные методы.
Оптимизация технологического процесса производства любой продукции содержит важный этап - определение математической модели - уравнения связи выходного показателя параметра оптимизации с параметрами этого изделия или технологического процесса. Модель - это упрощенная система, отражающая отдельные стороны явлений изучаемого объекта. Каждый изучаемый процесс можно описать различными моделями, при этом ни одна модель не может сделать это абсолютно полно и всесторонне. Однако использование упрощенной модели, отражающей отдельные черты исследуемого объекта, позволяет яснее увидеть взаимосвязь причин и следствий, входов и выходов, быстрее сделать необходимые выводы, принять правильные решения.
Описание исследуемого объекта нельзя получить в виде точной формулы функции, справедливой во всем диапазоне существования аргументов. Оно может быть лишь приближенным и на небольшом участке в окрестностях выбранной базовой точки.
В силу наличия неуправляемых и даже неконтролируемых входных переменных Xi изменение величины Y носит случайный характер, а потому уравнение не дает нам точной связи между входом и выходом объекта и является лишь условным математическим ожиданием случайной величины Y, т.е. уравнением регрессии.
Логично предположить, что уже на данном этапе, эффективно ввести программные средства для расчета модели. Далее при постановке опытов в ходе крутого восхождения использование программных средств кажется все более актуальным.
в данной работе проводится исследование конкретного технологического процесса с использование методов крутого восхождения и разработанного программного обеспечения. На протяжении последних пяти лет, активно строятся оптоволоконные сети связи. Эта технология обеспечения передачи данных оказалась очень эффективной благодаря своей универсальности, помехозащищенности, возможность обеспечения связи на дальние расстояния. Следует отметить, что данная технология обеспечения связи является наиболее перспективной и содержит солидный запас по пропускной способности. Наиболее распространенным является стандарт обеспечения связи на скорости 155 мегабит в секунду, в то время как максимальный предел оценен на уровне 100 гигабит в секунду. Однако, значительные расстояния, преодолеваемые сигналом с помощью оптоволоконных кабелей, порождают значительные трудности в процессе монтажа кабельных линий. Прокладка кабеля на дистанции более трех километров требует резкого увеличения материальных затрат, людских ресурсов и сильно увеличивают вероятность повреждения кабелей в процессе монтажа. В связи с этим монтаж производится не всего кабеля сразу, а отдельными кусками с длиной, названной “строительной длинной”. Она обычно равна три километра. Кабеля соединяются при помощи технологической операции сварки световодов, которая осуществляется при помощи соответствующего комплекса инструментов и приборов. К сожаления, сварка далеко не всегда осуществляется в идеальных условиях. Часто эту операцию приходится проводить в “полевых” условиях. В таких условиях нельзя гарантировать нужной температуры, поэтому следует провести исследования влияния температуры окружающего воздуха на качество сварки. Основным показателем качества сварки является величина потерь света в месте сварки световода. Эти потери обусловлены отражением от неровностей перехода между слоями световода.
Так выглядит хорошо сваренная жила :
Плохо сваренная жила выглядит так:
Как видно из рисунка часть светового сигнала теряется на неровности слоев. Это особенно актуально в случае линий большой и очень большой длины.
Особенностью набора КСС-111 является то, что сварка происходит на открытом воздухе, поэтому на качество сварки влияет ряд факторов: это окружающая температура и запыленность воздуха. Основным фактором представляется температура окружающего воздуха. Малая температура обеспечивает недостаточный нагрев жилы при сварке, у этого явления есть масса негативных последствий. Главное из них, это образование пузырьков воздуха в месте сварки. Пузырек воздуха в физическом представлении является переходом из среды стекла в среду воздуха, очевидно при переходе в воздушную среду свет резко меняет направление движения, и уже не значим в сигнале. Увеличенная температура также ведет к появлению неровностей слоя.
Также отрицательно влияет на сигнал неровности внутреннего слоя жилы. Запыленность воздуха при сварке также отрицательно влияет на потери сигнала в линии. Это связано с тем, что на скол жилы налипает пыль и при сварке она попадет внутрь волновода, что обеспечит большие потери в линии.
Также важной особенностью комплекта КСС-111 является возможность работы в ручном режиме. Ручной режим и является основным. Особенности ручного режима описаны в описании комплекта, приведенном в приложении 2. В этом режиме оператору доступно самому определять время воздействия дуги на жилы. Это очень важный фактор для сварки, так как уменьшенное время сварки приведет к образованию неровностей и пузырьков, а также, что самое нежелательное, тонкой прослойки воздуха на месте сварки. Это явление не просто уменьшает уровень сигнала, а сводит его к минимуму. С другой стороны увеличенное время сварки приведет к образованию неровностей внутреннего слоя. Контроль потерь осуществляется при помощи прибора, называющегося рефлектометром. Существует большое разнообразие этих приборов. Производятся они обычно в США и Японии. Этот прибор измеряет потери в линии, также он имеет функцию определения места разрыва в линии с точностью до нескольких метров. Приведем характеристики такого прибора.
В данной работе измеряется многомодовый
кабель 50/125. Первая цифра обозначает
толщину внутреннего слоя жилы, а вторая
толщину внешнего. Наиболее распространенные
виды жил: 50/125, 62.5/125, 9/125. Температуру
воздуха можно измерять при помощи
обычного термометра, а изменять ее можно
при помощи обычного кондиционера.
Измерение запыленности воздуха
представляется более сложным. Для этого
существуют приборы измерители пыли.
Экспериментальная установка состоит из: сварочного аппарата для световодов из комплекта КСС-111, рефлектометра AQ7250, двух отрезков оптоволоконного провода SIMPLEX 50/125 оконцованого SC разъемами, а также измерителя пыли типа ТМ-M. Схема приведена на рисунке. 1 - рефлектометра AQ7250, содержит гнезда разъемов SC типа, в которые вставляются разъемы провода. 2 - сварочный аппарат из комплекта КСС-111, с его помощью и производится сварка. 3 - Измерители пыли типа ТМ-M. 4 – термометр. 5 – разъемы SC типа. 6 - провод SIMPLEX 50/125 оконцованоый SC разъемом.