2004年第18卷第2期测试技术学报V ol.18 N o.2 2004 (总第48期)JOURNAL OF TEST AND MEASUREMENT TECHNOLOGY(Sum N o.48)
文章编号:1671-7449(2004)02-0139-05
动态测试的误差分析方法研究
张志杰
(华北工学院仪器科学与动态测试技术教育部重点实验室,山西太原030051)摘 要: 通过总结动态测试中被测变量的变化规律及特点、测试系统的动态特性、环境影响以及干扰等因
素,对动态测试的误差进行了分类,对各类误差的分析方法进行了阐述与研究.
关键词: 动态测试;动态误差;误差修正
中图分类号: T P275 文献标识码:A
Research on Error Analysis in Dynamic Measurement
ZHANG Zhi-jie
(T he M inistr y Education K ey L ab for Instrumentat ion Science and Dy na mic M easurement,
N or th China Institute o f T echnolog y,T aiy uan030051,China)
Abstract: T he paper classifies dy nam ic measurement err ors,intro duces and studies so me analy sis metho ds about these erro rs acco rding to summarizing v ar iational rules and characteristics o f m easured variable in dynamic measurement,dy nam ic char acteristic o f measurem ent system,environmental factors and noise of measurement system and so on.
Key words:dynam ic m easur em ent;dynamic er ror;error-correction
0 引 言
按照国际计量局(BIPM)、国际电工委员会(IEC)、国际标准化组织(ISO)和国际法制计量组织(OIM L)联合制定的《国际通用计量学基本名词》中的定义[1],动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定,也就是被测量为变量的连续测量过程.自1976年动态测试问题被列入第七界国际计量技术联合会大会的议程以来,动态测试受到各国的重视,取得了很大的进展,已经成为计量学的一个独立分支.它以动态信号为特征,研究了测试系统的动态特性问题,研究了测试系统的动态校准理论与技术问题,从而使计量单位量值能够向动态测试系统传递.为了获得准确的测试结果,动态测试理论要求测试系统的工作带宽完全覆盖被测信号的最高频率分量.由于引起动态测试误差的因素比静态测试的更多、更复杂,要考虑被测变量的变化规律及特点、测试系统的动态特性、以及干扰的影响,此外,还取决于其自身的特点.本文的目的就是对动态测试误差的分类、分析方法进行总结研究[2].
收稿日期:2003-11-17
作者简介:张志杰(1965-),男,教授,博士,主要从事动态测试技术与理论、信号处理、测控系统自动化等方面的研究.
1 动态测试的误差及其分类
动态测试误差是动态测试结果减去被测变量的真值,是随着测试时间变化的函数.其性能指标可用峰值误差和均方误差来表示[3],至今还没有统一的评价方法.
动态测试误差的分析是研究动态测试数据置信度的问题,在单次性过程测试中,发现误差源并分析各个误差源产生的误差分量是评价测试数据置信度的前提.按照误差函数的定义,测量误差是一种差值
e (t )=x
(t )-x (t ),(1)
式中:x
(t )为测量结果(被测过程的估计值);x (t )为被测过程真值.误差e (t )是预计的或随机的时间函数.形成动态测试的误差结构图如图1所示[4]
.图1 动态测试误差结构图
Fig .1 Structu re diagram of errors in dynamic meas urem ent
被测对象Object 的特性表示为包含有真实过程x (t ).在实时实况的动态测试中,对被测的量作为单次性过程x (t )的比例变换或线性变换的结果加以测定
x (t )= {A h [x (t )]},(2)
式中:A h 表示理想的变换算子(测试系统的真特性); 表示理想的逆运算(由观测数据到被测过程的精确计算).由于测试装置与被测对象(尤其是运动物体)的相互作用,测试装置不仅感受到被测量,同时也感受到被测对象的其它特性,如被测体的结构特性、随机波动等等,所以测试装置的输入信号x ~(t )与x (t )是不一样的.输入信号x ~(t )变换为输出信号是借助测试装置来实现的.由于测试装置(主要是传感器)的作用原理和结构不完善,表示该测试装置特性的实际变换算子A h 是测试装置真特性A
h 的一个佳效估计子.此外,在变换过程中,被测体和测试装置所感受的环境条件,如高、低温环境和高冲击环境,对测试装置也产生一种激励作用,它要么改变测试系统的传输特性,要么给测试系统增加一个附加的输出,B h 表示对环境激励的变换特性.信号 (t )是输出观测的随机噪声.运算器 是根据观测数据y (t ),测试装置的特性A
h 或校准的灵敏度等对被测过程估计的一整套算法.估计过程
x (t )= [y (t )]= {A h [x ~(t )]+B
h [v 1,v 2,…,v n ]+n y (t )}.(3)
取作测量结果.
误差函数为e (t )=x (t )-x (t )= {A h [x (t )]+B h [v 1,v 2,…,v n ]+n y (t )}- {A h [x (t )]}.(4)140测试技术学报2004年第2期
为了研究各个误差源产生的误差及其不确定度,需要对其进行分解.本文研究的测试系统均为线性系统,据图1所示的结构方式对式(4)做分解
e = [ A h 1(x )]+ [ A h 2(x )]+ [A h (x )]+ [n y (t )]+ [B h (v i )]+ [A h ( x )],(5)
式中: A h 1=A h 1-A h 1,为测试系统的静态特性偏差; A h 2=A h 2-A h 2,为测试系统的动态特性偏差; = - ,为运算器的偏差; x =x ~-x ,为被测体与测试系统相互作用产生的偏差.
根据不同的误差源把误差函数e (t )分成6类误差分量:
1) [ A h 1(x )]:是在校准测试系统时,对测试系统的静态特性估计的不确定度产生的误差;
2) [ A h 2(x )]:是在校准测试系统时,对测试系统的动态特性估计的不确定度产生的误差;
3) [A h (x )]:是由观测数据、测试系统的静、动态特性的估计通过某种运算带来的误差;4) [n y (t )]:是由测试系统的随机噪声产生的误差;5) [B h (v i )]:是由测试系统感受环境激励产生的输出响应以及对其进行修正产生的误差;6)
[A h ( x )]:是由于被测体与测试系统的相互作用,使输入信号除了被测信号以外,附加了被测体其它特性的信号,这个信号对测试系统产生了一个附加的输出.
2 动态测试的误差分析方法研究
[2]
2.1 静态测试误差静态校准确定测试系统的静态灵敏度及其不确定度,单次测试的静态误差根据此前测试系统在与实测条件相同或相似的条件下多次测量的统计值加以引用,或根据测试系统的静态灵敏度及其不确定度结合观测数据由误差传递来确定.它包含第1)类和第3)类误差分量,误差理论与数理统计为静态校准技术提供了较成熟的分析手段,因此静态测试误差的分析是成熟的.
2.2 动态特性及其误差评定
研究测试系统动态特性与动态特性带来的误差,需要进行动态校准.动态校准技术的发展是评定动态特性误差与改进动态特性的基础,其评定误差包含第2)类误差分量.
测试系统的动态特性是根据动态校准的实验数据确定的,有微分方程、传递函数、频率特性,有时用脉冲响应或阶跃响应.动态特性也可以用动态性能指标来表示,如:
1)时间域中的上升时间、响应时间、峰值时间、最大超调量等;
2)频率域中的通频带、工作频带、固有频率等.
近年来我国学者黄俊钦先生提出了动态重复性和动态线性度的概念来表述对测试系统进行多次重复动态校准时工作频带的分散程度,以便对测试结果的动态特性误差有定量的概念.过去曾经争论过传感器的静态灵敏度和动态灵敏度的问题,即传感器经过静态校准(与计量的量值传递相连接)得到静态灵敏度,在测量动态信号时,是否还有一个不同的动态灵敏度.近年来,通过对测试系统的频率响应特性的研究,认为只要测试系统对从0频(静态)开始到一个高的频率范围之内响应特性是平直的,在测试时,如果被测信号的高频分量包含在测试系统频率特性平直段以内,那么可以认为通过静态校准得到的静态灵敏度是测试系统的动态灵敏度.这样就把动态灵敏度和静态灵敏度以及由计量量值标准传递过来的静态测量精度连接了起来.目前,表征动态特性最实用的指标是工作频带.工作频带允许有一定的幅值误差(如1%,5%或10%等),即系统的幅频特性曲线在低频段与横坐标平行的直线有一定的偏差,其值要在规定的范围之内,相频特性曲线接近于一条直线,这便是传感器正常使用的条件.
2.3 动态测试数据的滤波与数据分离动态测试中对随机误差的研究有两个方面:
141(总第48期)动态测试的误差分析方法研究(张志杰)
1)如何有效地减小或消除随机误差的影响;
2)如何表述随机误差,以了解其统计特性.
平滑、拟合处理是减小随机误差的最简单的方法,下面对目前常用的和正在发展的方法做简要的叙述,这些方法有助于处理第6)类误差分量.其研究方法有线性相移数字滤波、系统建模与现代谱分析、基于时频分析的数据分离、基于小波分析的滤波方法等.
2.4 环境激励对测试系统的影响研究
这是第5)类误差分量,是目前研究最少的问题.传感器输出电量与输入非电量之间的转换关系称为系统特性,在实际使用时,传感器还要受到测量对象或测量环境的影响,称之为环境因子.其研究方法如图2所示
.
2.5 动态特性误差的修正研究
具有宽频带的动态信号的测量对测试系统的动态性能要求很高.动态特性误差修正可以追溯到理想仪器还原、测量仪器的频率特性修正、输入信号的重构、信号纠错、动态误差补偿、反卷积方法和反滤波技术的研究.如果测试系统幅频特性的平直段不能覆盖被测信号频谱,观测的波形就会发生畸变,动态142测试技术学报2004年第2期
特性误差就很大,因此选用具有更快响应特性的传感器及其转换电路取而代之是最简单的办法.但是,存在两方面的困难: 价格太高; 找不到符合要求的器件.因此,人们一直在探索对动态特性误差进行修正的方法,以保证其测试精度达到允许的范围内.这是动态测试中第3)类误差分量问题,其研究方法为:
线性测试系统描述的物理过程可以抽象成数学形式
∫T
2T 1h (t , )x ( )d =y , 其中x ∈F ,y ∈U ,(6)
式中:F ,U 为两个满足某种条件的被测量函数集合和观测数据函数集合,或者称为“被测量空间”和“观测数据空间”.h 为测试系统的动态特性.h 和y 是已知的,x 是被测量,是未知的.动态特性误差的修正问题就是要获得接近于被测量真值X 的稳定解(正则解).
对于式(6)描述的积分方程,取空间F 1=W q 2[T 1,T 2],即在[T 1,T 2]上q 阶导数平方可积的函数集合;取稳定泛函
(x )=∫T 2T 1∑q r =0qq r ( )d r x d r 2d ,(7)
式中:qq r ( ) 0,r =0,1,…,q -1,qq q ( )>0,为选定的已知函数.则正则解应当使光滑泛函
M [x ,y ]=‖A h x -y ‖2+ (x )=∫t 2
t 1∫T 2T 1h (t , )x ( )d -y (t )2d t + ∫T 2T 1∑q r =0qq r ( )d r x d r 2
d (8)达到极小.
3 结束语
被测量为常量的静态测试,具有成熟的数据处理方法及其测试误差分析与估算方法,但它不完全适用于动态测试.由于引起动态测试误差的因素比静态测试的更多、更复杂,要考虑被测变量的变化规律及特点、测试系统的动态特性、以及干扰的影响,取决于其自身的特点,因此对动态测试的误差进行分类、分析研究有助于发现动态测试中的误差源,减小或消除相应的误差,提高测试数据的置信度.参考文献:
[1] 于渤,杨孝仁,刘智敏.国际通用计量学基本名词[M ].(第二版).北京:中国计量出版社,1996.
[2] 张志杰.动态测试中单次性过程测试数据的置信度
环境因子与反滤波方法研究[D ].北京:北京理工大学博士论文,1998.
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[4] B.A.格拉诺夫斯基.动态测量[M ].傅烈堂,鲍建忠译.北京:中国计量出版社,1989.143(总第48期)动态测试的误差分析方法研究(张志杰)
OTDR测试与误差分析 OTDR是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要的测试仪器，它能将长100多公里光纤的完好情况和故障状态，以一定斜率直线（曲线）的形式清晰的显示在几英寸的液晶屏上。根据事件表的数据，能迅速的查找确定故障点的位置和判断障碍的性质及类别，对分析光纤的主要特性参数能提供准确的数据。OTDR主要是根据光学原理以及瑞利散射和菲涅尔反射理论制成的。仪表的激光源发出一定强度和波长的光束至被测光纤，由于光纤本身的缺陷，制作工艺和石英玻璃材料组分的不均匀性，使光在光纤中传输将产生瑞利散射；由于机械连接和断裂等原因将造成光在光纤中产生菲涅尔反射，由光纤沿线各点反射回的微弱的光信号经光定向耦合器到仪器的接收端，通过光电转换器，低噪声放大器，数字图象信号处理等过程，实现图表、曲线扫迹在屏幕上显现。目前OTDR 型号种类繁多，操作方式也各不相同，但其工作原理是一致的。在光纤线路的测试中，应尽量保持使用同一块仪表进行某条线路的测试，各次测试时主要参数值的设置也应保持一致，这样可以减少测试误差，便于和上次的测试结果比较。即使使用不同型号的仪表进行测试，只要其动态范围能达到要求，折射率、波长、脉宽、距离、均化时间等参数的设置亦和上一次的相同，这样测试数据一般不会有大的差别。 一、 OTDR测试 1.测试方式：利用OTDR进行光纤线路的测试，一般有三种方式，自动方式，手动方式，实时方式。当需要概览整条线路的状况时，采用自动方式，它只需要设置折射率、波长最基本的参数，其它由仪表在测试中自动设定，按下自动测试（测试）键，整条曲线和事件表都会被显示，测试时间短，速度快，操作简单，宜在查找故障的段落和部位时使用。手动方式需要对几个主要的参数全部进行设置，主要用于对测试曲线上的事件进行详细分析，一般通过变换、移动游标，放大曲线的某一段落等功能对事件进行准确定位，提高测试的分辨率，增加测试的精度，在光纤线路的实际测试中常被采用。实时方式是对曲线不断的扫描刷新，由于曲线在不断的跳动和变化，所以较少使用。 2.OTDR可测试的主要参数：⑴测纤长和事件点的位置。⑵测光纤的衰减和衰减分布情况。⑶测光纤的接头损耗。⑷光纤全回损的测量。光纤距离的测量是以激光进入光纤到它遇到故障点返回光时域反射仪的时间间隔来计量纤长的。为了提高测量的精确度，应根据被测纤的长度设置合适的“距离范围”和“脉冲宽度”，距离一般选被测纤长的1.5倍,使曲线占满屏的2/3为宜。脉冲宽度直接影响着OTDR的动态范围，随着被测光纤长度的增加，脉冲宽度也应逐渐加大，脉宽越大，功率越大，可测的距离越长，但分辨率变低。脉宽越窄，分辨率越高，测量也就越精确。一般根据所测纤长，选择一个适
OTDR测试时常遇到的几个问题 一、我们在使用光时域反射仪（OTDR）时，常常由于测试链路较长不能看到所有的链路情况。那么在什么情况是动态范围不足的表现哪？ 1、轨迹被淹没在噪声中，有时候会测到的轨迹波动很大，但却保持着轨迹应有的发展趋势。 2、当分析轨迹时，出现《扫描结束》的标识。所谓扫描结束实际是说从该点以后的测试结果只作为参考。扫描结束的出现实际上是因为轨迹的清晰度变差，噪声水平较高，轨迹波动性较大。 3、已知测试链路的长度较长，应该考虑通过设臵增大动态范围。 增大动态范围有两种最为常用的方法，一是增加激光注入能量，另一是提高信噪比（S/N）。两种方法均可以通过仪表设臵达到。下面是对几种方法的简单概述。 1、选择更大的脉冲宽度。 实际上这种方法是最为常用的方法，它的本质是增加激光的注入能量。由于激光器的性能限制，不可能直接调整激光器以求更大的发射能量。我们知道，OTDR 测量必须采用脉冲方式，加大脉冲宽度实际上是使激光器发射的持续时间增加，以达到增大注入能量的目的。因此，这种方法可以获得更大的动态范围。然而，更大的脉宽意味着会有更大的盲区，这种方法是有一定代价的。 2、选择《取平均时间》测量模式，并选择更长的取平均时间。 这种方法被我们实际测量中大量采用，实际上是增大信噪比的一种数字信号处理的算法。主要采用将多次测量的结果相加取平均值的方式提高信噪比。它利用了信号及噪声的不同特性达到提高信噪比的目的。信号是有规律性的，而噪声是随机的。在相加过程中，信号被一次次放大，而噪声相加总的趋势是趋近于“0”。取平均的过程，是将信号还原到原有的强度。整个处理过程实际上是降低噪声的
OTDR测试技巧与假峰现象的分析 毕建军 尹志国 姚大军 （黑龙江电通自动化有限公司，哈尔滨 150001） 摘 要：在用OTDR测试光缆线路时，在测试曲线上有时出现非实际存在的假峰。对假峰出现的原因进行了分析，并简述了假峰对测试的影响及假峰的判断和消除。 关键词：光时域反射计；真峰；假峰 0 问题的提出 在用OTDR进行光缆线路测试过程中，经常遇到许多故障点，测试曲线上有时出现非实际存在的假峰。结合辽长吉哈等光纤通信工程对上述原因进行分析，提出利用改变折射率的方法精确故障点，同时简述了假峰对测试的影响及假峰的判断和消除。 1 用改变折射率的方法精确故障点 在黑龙江省辽长吉哈光纤通信工程施工过程中，我们遇到过一个故障点。即测量时发现在距永源变机房479m处有一断纤，从断点距离分析，就在终端塔接头盒处。但在打开终端塔接头盒并将此纤用OTDR监视熔接数次后，仍未与干线光缆接通。因此，我们采用改变OTDR 折射率的方法判断并排除了故障。 根据光传输基本原理，即 n=c/v c－光速 n－折射率 v－光在介质中传输速率（这里指在光纤中传输速率） 由于c是光速为一常数，而且在同一介质里（同一光缆里的光纤）传输速率v也为定值，所以折射率n的值是唯一的，一般均为厂家提供。这就决定了只要OTDR的折射率被选定，从其光源发光后再接收到反射信号的时间上便可确定一个准确距离。如果我们人为地改变OTDR折射率，比如将实测折射率比厂家提供的标准折射率高，那么OTDR仪表内部认定的计算速率一定要降低。根据 V=D/T V－OTDR仪表内部认定的计算速率 D－OTDR仪表显示距离 T－光在光纤中传输及反射的时间 此时光在光纤中传输及反射的时间T不会改变，而V的值被OTDR认定为降低，相应的OTDR仪表内计算的结果必然减少，即测量结果比标准距离减少了。 同理，若人为减少实测折射率值，则测量值比实际距离将增加。 根据上述原理，我们经过多次改变OTDR折射率测量，结果如下表： 故 障 光 纤 测 试 表 测试条件 厂家提供折射率：1.4658 测试范围：1km 脉冲宽度：100ns 波长：1310nm 实测折射率 未断光纤实测值 已断光纤实测值 2.0 328.4 332.5 1.9658 334.1 337.8
《机械工程测试技术基础》 结课论文 学院：机械电气工程学院 专业：工业12级（1）班 姓名：周雪 学号： 2012509381 测量 摘要 本文主要从测量的概念、原理、方法以及结果和处理等四个方面来讲解测量，分析了测量的整体含义，有助于加深对测量的理解。 关键词：概念、原理、方法、结果和处理、测量 一、概念 测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。 在机械工程测试技术基础里面，测量是指以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。 二、原理 三、方法 测量方法：指在进行测量时所用的按类叙述的一组操作逻辑次序。对几何量的测量而言，则是根据被测参数的特点，如公差值、大小、轻重、材质、数量等，并分析研究该参数与其他参数的关系，最后确定对该参数如何进行测量的操作方法。 测量的基本形式是比较，即将被测量与标准量进行比对。可根据测量的方法、手段、目的、性质等对测量进行分类。这里仅介绍常见的按测量值获得的方法进行分类，把测量分为
直接测量、间接测量和组合测量。 1.直接测量 指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值的测量。如温度计测水温、卷尺测量靶距等。根据被测量与标准量的量纲是否一致，直接测量可分为直接比较和间接比较。直接把被测物理量和标准量作比较的测量方法称为直接比较。如卷尺测量靶距，利用惠斯通电桥来比较两只电阻的大小等。直接比较的一个显著特点是待测物理量和标准量是同一物理量。间接比较则是利用仪器把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化，并以人的器官所能接受的形式在测量仪器上显示出来。例如用水银温度计测体温是根据水银热胀冷缩的物理规律，事先确定水银柱的高度和温度之间的函数关系，从而可以用水银柱的高度作为被测温度的度量。这里是通过热胀冷缩的规律把温度的高低转化为水银柱的高度，然后根据水银柱高度间接得出被测温度的大小。 直接测量按测量条件不同又可分为等精度（等权）直接测量和不等精度（不等权）直接测量两种。对某被测量进行多次重复直接测量，如果每次测量的仪器、环境、方法和测量人员都保持一致或不便则称之为等精度测量。若测量中每次测量条件不尽相同，则称之为不等精度测量。 2.间接测量 指在直接测量值的基础上，根据已知函数关系，计算出被测量的量值的测量。如通过测定某段时间内火车运动的距离来计算火车运动的平均速度就属于间接测量。 3.组合测量 指将直接测量值或间接测量值与被测量值之间按已知关系组合成一组方程（函数关系），通过解方程组得到被测量值的方法。组合测量实质是间接测量的推广，其目的就是在不提高计量仪器准确度的情况下，提高被测量值的准确度。 四、结果和处理 测量数据处理的基本任务就是求得测量数据的样本统计量，以便得到一个既接近真值又可信的估计值以及它偏离真值的程度的估计。 1.概率统计学 从测量方面来看，每次测量将获得一个测得值，它是测量随机数据总体中的一个个体实现。对同一量重复进行多次测量，将获得一组测得值Xi，i=1,2，……，n，这组数据称为测量序列。它是随机数据的一个样本实现（简称样本），其容量为n。测量序列的算术平均 由下式来定义 = 从测量角度来看，总体期望值μ即是真值x0 μ的无偏估 =∧ μ,因而可用x0。
实验名称：自构建光纤链路的otdr测试实验实验日期：指导老师：林远芳学生姓 名：同组学生姓名：成绩： 一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、实验结果记录 与分析 五、数据记录和处理六、结果与分析七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 了解瑞利散射及菲涅尔反射的概念及特点； 2. 熟练掌握裸纤端面切割、清洁、连接对准方法及熔接技术； 3. 熟悉光时域反射仪（optical time domain reflectometer，以下简称 otdr）的工 作原理、操作方法和使用要点，能利用 otdr 测试、判断和分析光纤链路中的事件点位置及 其产生原因，提高工程应用能力。 二、实验内容和原理 1．otdr 测试基本理论 散射：光遇到微小粒子或不均匀结构时发生的一种光学现象，此时光传输不再具有良好 的方向性。 瑞利散射：当光在光纤中传播时，由于光纤的基本结构不完美（光纤本身的缺陷、制作 工艺和材料组分存在着分子级大小的结构上的不均匀性），一部分光纤会改变其原有传播方向 而向四周散射（图 1-3-1），引起光能量损失，其强度与波长的 4 次方成反比，随着波长的 增加，损耗迅速下降。 后向或背向散射：瑞利散射的方向是分布于整个立体角的，其中一部分散射光纤和原来 的传播方向相反，返回到光纤的注入端，形成连续的后向散射回波。光纤中某一点的后向回 波可以反映出光纤中光功率的分布情况，椐此可以测试出光纤的损耗。 菲涅尔反射：当光纤由一种媒质进入另一种媒质时会产生的一种反射，其强度与两种媒 质的相对折射率的平方成正比。如图1-3-2 所示，一束能量为p0 的光，由媒质 1（折射率 为nl）进入媒质 2（折射率为 n2）产生的反射信号为p1，则 ?n1?n2p1???n?n2?1? ???2 衰减：指信号沿链路传输过程中损失的量度，以 db 表示。衰减是光纤中光功率减少量 的一种度量，光纤内径中的瑞利散射是引起光纤衰减的主要原因。通常，对于均匀光纤来 说，可用单位长度的衰减，即衰减系数来反映光纤的衰减性能的好坏。 当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向着四 面八方，其中总有一部分会沿着纤轴反向传输到输入端。由于主要的散射是瑞利散射，并且 瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与该散射点的入射光功率成正比，光纤中 散射光的强弱反映了光纤长度上各点衰减大小，光纤长度上的某一点散射信号的变化，可以 通过后向散射方法独立地探测出来，而不受其它点散射信号改变的影响，所以测量沿纤轴返 回的后向瑞利散射光功率就可以获得光沿着光纤传输时的衰减及其它信息。 基于后向散射法设计的测量仪器称为 otdr，其突出优点在于它是一种非破坏性的单端测 量方法，测量只需在光纤的一端进行。它利用激光二极管产生光脉冲，经定向耦合器注入被 测光纤，然后在同一端测量沿光纤轴向向后返回的散射光功率返回信号与时间的关系，将时 间值乘以光在光纤中的传播速度以计算出距离，在屏幕上显示返回信号的相对功率与距离之 间的关系曲线和测试结果。国内厂家主要是中国电子科技集团公司第四十一研究所，国外的 品牌主要有安捷伦（agilent）、安立（anritsu）、exfo、wavetek 等。 2．光纤的连接 光纤连接时的耦合损耗因素基本上可分为两大类：一类是固有的，是被连接光纤本身特 性参数的差异，比如纤芯直径、模场直径、数值孔径差异、纤芯或模场的同心度偏差、纤芯
机械工程测试技术文献综述 姓名：舒梦江 班级：机电二班学号：20116347
傅里叶变换、测不准原理、HHT应用论文综述 2011级机电一体化二班 20116347 舒梦江 摘要：从对傅里叶变换的局限性分析入手,揭示了窗口傅里叶变换、小波变换和分数傅里叶变换的出现是傅里叶变换本身发展的必然,阐明了其改进方法产生的原因及其优缺点,分析了其改进方法与傅里叶变化的关系,这些有助于加深对傅里叶变换的认识。 关键词：傅里叶变换的局限；小波变换；测不准原理；HHT的应用 0引言 傅里叶变换是一个十分有用的工具,无论在一般的科学研究中还是在工程技术应用中,它都发挥着基本工具作用[1]。傅里叶分析方法早在19世纪20年代初便成功地应用于光学领域成为现代光学一个重要分支———傅里叶光学,且成为光学信息处理的重要理论基础[2]。随着它的应用领域的不断扩大,其局限性就逐渐暴露出来了,主要表现在:(1)非局域性[3];(2)光学傅里叶变换需要物在透镜的前焦面才能在透镜后焦平面上准确频谱[4]。尤其是它的非局域性缺陷严重限制了它的应用范围。这些局限性迫使人们去寻找一些改进方法,Gabor变换[5]、Morlet小波变换[6]以及分数傅里叶变换[7]这几种有效的改进方法就是在这种背景下产生的,这些改进方法在工程技术中已得到了广泛的应用[8,9]。因此小波变换、分数傅里叶变换受到广大理论研究和工程技术人员的欢迎。 1傅里叶变换的特点及其局限性 设函数f(t)在(- ∞,+ ∞)内有定义,且使广义积分 =)( F i- ) (（1） t dt e f w
与 dw e w F t f i )(21)(π = （2） 都收敛,则称(1)式定义的广义积分为函数f(t)的傅里叶变换,记为F{f(t)},(2)式定义的广义积分为逆傅里叶变换,记为F-1{F(ω)}。傅里叶变换可以完成从时域到频域的转换(正变换),也可以完成从频域到时域的转换(逆变换),但不能同时具有时域和频域信息。其核函数是ei ωt,由于三角函数具有填满整个空间的特性,其在物理空间中是双向无限延伸的正弦波,在积分变换中体现为积分范围从+ ∞到- ∞。因此,傅里叶变换是先天的非局限性,它对信号f(t)中体现任何局部信息处理都是相同的。而事实上,工程技术中的许多信号,如:语音信号、地震信号、心电图和各种电脉冲,他们的信号值只出现在一个短暂的时间间隔Δt 内,以后快速减为零,Δt 以外是未知的,可能为零,也可能是背景噪音,如果用(1)式从信号中提取谱信号F(ω),就要取无限的时间量,使用过去的及将来的信号只为计算单个频谱,不能反映出随时间变化的频率,实际上我们需要的是确定的某个时间间隔内的频谱。这就使人们想到改进傅里叶变换使其能用来处理某个确定时间范围内的信号。Gabor 提出的窗口傅里叶变换就是一个有效的方法。另外, 傅里叶变换之所得到广泛应用与透镜能实现傅里叶变换是分不开的。由公式 00)(20001-000),() 22(),(dy dx e y x t f i y x Ae y x U f f y y x x f i f f f d f i f f f +-? ??? ??-+=λπηλ （3） 其中物平面为(x0,y0),焦平面为(xf,yf),d0为物距,d1为象平面。要使Uf(xf,yf)=F{t0(x0,y0)},即准确实现傅里叶光学变换,只有在d1=d0=f 时才能实现,否则将出现位相弯曲。并且,只有正透镜才能实现傅里叶变换,这些限制给工程技术中无疑增加了困难。这使得人们不得不寻求新得的方法,分数傅立叶变换不要求严频谱面,可根据需要在既包含空域信息也包括空频域信息的平面上进行处理,这使光学信息处理更具灵活性。 2小波变换是傅里叶变换本身发展的必然性 为了弥补傅里叶变换的非局域性缺陷,我们需要引入一个具有局部特性的变换。Gabor 提出的有效办法是在傅里叶中加一个窗函数ω(t)[10]: dt t t w e t g wt G i )()()(00-=-+∞∞- （4） (4)式定义的变换称为窗口傅里叶变换或称Gabor 变换,也称短时傅里叶变换。从(4)式可以看出窗口傅里叶变换中同时出现了频率ω和时间t0,这是与常规傅里叶变换的一个重要区别。在常规傅里叶变换中,时间变量和频率变量分别出现在信号发f(t)和它的频谱F(ω)中。正是t0和窗口宽度Δω使得这个变换具有局部处理的功能。改变t0值,窗口就在时域中移动得到不同区域的信息,这在一定程度上弥补了傅里叶变换的非局域性缺陷。窗口傅立叶变换是一种有效的时频分析方法。但由于它受Heisenberg 测不准原理[11](它的关系为ΔωΔw ≥1/π)的极限制约,且其时频窗口的大小固定不变,没有窗口的自适应性,不能很好地使用于分析多
论文题目: 高精密三坐标测量机学校：苏州科技学院 院别：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化班级： 姓名： 学号：
目录 1 绪 论 (3) 1.1 来源 (3) 1.2 现实意义 (3) 1.3 精密测量的研究现状 (3) 1.4 精密测量的关键技术 (3) 2.1 总体布局 (3) 2.2 床身材料选用 (3) 2.3 导轨的设计 (3) 2.4 进给传动方式的选择 (4) 2.5 测量仪整体结构设计 (4) 2.6 测量仪的工作原理 (4) 3 测量仪的主要零部件的设计 (4) 3.1 移动桥的设计 (4) 3.2 溜板的设计 (4) 4. 参考文献 (5)
1.1 来源 对三坐标测量仪的研究现状和精密测量的关键技术做了总结，对所设计的测量仪的总体布局、床身的选材、导轨的设计、进给方式的选择做了介绍，选用燕尾型气体静压导轨，同步齿形带和钢带传动，摩擦杆进行驱动。对移动桥和溜板进行了简单的ANSYS分析，计算了移动桥受力时最大的变形量和直线度；选用伺服电机作为动力源，并对其进行了简单的功率计算，分析了测量仪的工作环境对其精度的影响和它的应用环境；定位采用开式光栅尺，对光栅尺的选型做了比较。最后针对测量仪整机进行精度分析，查找误差源和精度的综合分析。 1.2 现实意义 本课题研制的超精密三坐标测量仪具有重要意义：一方面将促进超精密光学、机械制造技术快速发展，填补我国相应领域的技术空白；另一方面将提高我国产品质量和市场竞争力以及我国测量仪器的性价比水平。 1.3 精密测量的研究现状 精密测量技术和装置是先进制造主要支撑技术之一，体现国家工业与科技水平。国民经济和先进制造的不断发展对精密测量提出了新的要求，因此，提高精密测量水平，对提升我国先进制造能力，促进国民经济发展具有重要意义。随着近20年科学技术的迅速发展, 对仪器精度要求出现了数量级的变化。从精密测量(0.5μm～0.05μm)，发展到超精密测量(0.05μm～0.005μm), 近年来又提出纳米精度测量(5nm～ 0.05nm)的要求。据专家们的推测，随着精密工程技术、尖端科技和空间技术的迅猛发展，轮廓形状允差为50nm～5nm，尺度允差为 100nm～10nm的超精密零件将被广泛使用，所以超精密测量技术和仪器工程的研究与应用已成为科学技术发展的关键因素之一。 当今世界上超精密三坐标测量仪在质量和性能方面首推德国ZEISS公司(即原西德OPTON公司)和LEITZ公司。到目前为止ZEISS已有多项专利技术，从而使ZEISS公司在坐标测量技术上远远领先于其它公司。其生产的三坐标测量仪既有桥式测量仪，也有龙门式、悬臂式测量仪，既有生产型测量仪，也有计量型测量仪。在国内ZEISS三坐标测量仪在航空、航天、汽车、电子、机械等多个行业中得到广泛地使用。图1-1是ZEISS最新的 DuraMax三坐标测量仪系列，代表着当今测量仪行业的尖端技术。 德国LEITZ公司凭借其在高精度测量领域积累的世界级测量技术以及丰富的应用理论知识，通过高性能，高精确度的PMM-C三坐标测量仪与功能强大的工业级计量软件QUIND-OS的结合，不断解决来自工业各个领域的高精度和复杂几何形状的计量需求。LEITZ主要从事研制、开发、制造超高精度坐标测量仪，包
工程测量论文机械工程测量论文 GPS在水闸工程测量中的应用 【摘要】简述了全球定位系统（GPS）的基本结构和测量原理，总结了GPS用于工程测量所具有的特点，介绍了GPS在水闸工程测量中的应用实例。 【关键词】GPS;测量 全球定位系统GPS（Global Positioning System），是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，并于1994年全面建成。GPS在水闸工程测量中的已被广泛应用，这主要依赖于GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性，因此GPS技术率先在水闸工程测量等领域得到了广泛的应用。 首先，GPS测量相对于以前的用经纬仪测量，具有如下的特点：（１）测量精度高，GPS观测的精度明显高于一般常规测量，GPS 测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量的优越性愈加突出。 （２）测站间无需通视，GPS测量不需要测站间相互通视，可以根据实际需要确定点位，使得远点工作更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接受GPS卫星信号不受干扰。
（３）观测时间短，随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，在小于20km的短基线上，动态相对于定位只需5min观测时间即可，静态相对定位每站仅需20min左右。 （４）仪器操作简便，GPS测量的自动化程度越来越高。目前GPS 接收机已趋小型化和操作傻瓜化，在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。 （５）全天候作业，GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气情况的影响。 （６）提供三维坐标，GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。 其次，GPS技术在万福闸河断面测量中的应用： 例如，我单位是一个大型水闸，万福闸，共有65孔，闸总厂141米，闸总宽466.80米，在这么一个将近500米的河道上，以前测量用经纬仪测量，还需要人在船上，形成三点一线，万福闸共有12个断面，一般测量都要8小时左右才能完成，而且天气要好，阴天仪器根本无法读出数据来，参加测量的人员要7-8人。而现在自从用了全球定位系统中海达GPS测深仪测量，只需在测量前将仪器架好，接收好信号，实时地给出当前的地方坐标系坐标，测量时只需1人在船上，跟随船工来回航行12趟，便可完成12断面的测量任务，只需2小时就能完成，而且测量精度很高。
测试仪器OTDR简介和常规曲线分析 一、OTDR 英文：Optical Time Domain Reflectomenten 中文：1、光时域反射测试仪 (照英文译) 2、背向散射测试仪（按其原理命名） 二、全球主要厂家 美国PK(PhotonKinetics)、日本安立（ANRITSU）、美国激光精密(GN Nettest)、爱立信(Ericsson)、EXFO等 三、衡量OTDR的性能指标 a、衡量OTDR的性能指标--动态范围 b、动态范围：在满足给定误码的条件下，光端机输入连接器，能接收最大的光功率与最小光功率电平值（接收灵敏度）之差。 c、动态范围越大，所能测试距离越长 四、OTDR的功能 a、测试光纤的长度； b、测试光纤的衰减系数（波长850nm、1310nm、1550nm、1625nm）； c、测试光纤的接头损耗； d、测试光纤的衰减均匀性； e、测试光纤可能有的异常情况（如有台阶，曲线异常等）； f、测试光纤的回波损耗(ORL)； g、测试光纤的背向散射(BKSCTR COEFF)；
五、OTDR 的基本原理-瑞利散射、菲涅尔反射 a 、瑞利散射：光波在光纤中传输，沿途受到直径比光波长还小的散射粒子的散射；瑞利散射具有与短波长的1/λ4 成反比的性质，即：a r =A/λ4 ，式中比例系数A 与玻璃结构、玻璃组成有关 b 、菲涅尔反射：光波在两种折射率不同的煤质界面会形成反射，其反射能量约占总能量4%； 六、基本原理图 注：LD-半导体激光器，LED-面发光二极管 七、 典型的后向散射信号曲线 a 、 输入端的Fresnel 反射区（即盲区） b 、 恒定斜率区、 c 、 由局部缺陷、接续或耦合引起的不连续性、 d 、 光纤缺陷、二次反射余波等引起的反射、 DB/DIV M/DIV
光纤断点定位与误差分析 2010-12-25 23:37:52作者：来源：互联网浏览次数：0文字大小：【大】【中】【小】 障碍点的判断 按障碍性质可分为两种:一种为断纤障碍，一种为光纤链路某点衰减增大性障碍。 按障碍发生的现实情况可分为显见性障碍和隐蔽性障碍。 显见性障碍:查找比较容易，多数为外力影响所致。可用OTDR仪表测定出障碍点与局(站)间的距离和障碍性质，线路查修人员结合竣工资料及路由维护图，可确定障碍点的大体地理位置，沿线寻找光缆线路上是否有动土、建设施工，架空光缆线路是否有明显拉断、被盗、火灾，管道光缆线路是否在人孔及管道上方有其它施工单位在施工过程中损伤光缆等。发现异常情况即可查找到障碍点发生的位置。 隐蔽性障碍 查找比较困难，如光缆雷击、鼠害、枪击(架空)、管道塌陷等造成的光缆损伤及自然断纤。因这种障碍在光缆线路上不可能直观的巡查到异常情况，所以称隐蔽性障碍。如果盲目去查找这种障碍就可能造成不必要的财力和人力的浪费，如直埋光缆土方开挖量等，延长障碍历时。 分类解决 1. 部分光纤阻断障碍 精确调整OTDR仪表的折射率、脉宽和波长，使之与被测纤芯的参数相同，尽可能减少测试误差。将测出的距离信息与维护资料核对看障碍点是否在接头处。若通过OTDR曲线观察障碍点有明显的菲涅尔反射峰，与资料核对和某一接头距离相近，可初步判断为光纤接头盒光纤障碍(盒断裂多为小镜面性断裂，有较大的菲涅尔反射峰)。修复人员到现场后可先与机房人员配合进一步进行判断，然后进行处理。若障碍点与接头距离相差较大，则为缆障碍。这类障碍隐蔽性较强，如果定位不准，盲目查找就可能造成不必要的人力和物力的浪费。如直埋光缆大量土方开挖等，延长障碍时间。可采用如下方式精确判定障碍点。 用OTDR仪表精确测试障碍点至邻近接头点的相对距离(纤长)，由于光缆在设计时考虑其受力等因素，光纤在缆中留有一定的余长，所以OTDR测试的纤长不等于光缆皮长，必须将测试的纤长换算成光缆长度(皮长)，再根据接头的位置与缆的关系以确定障碍点的位置，即可精确定位障碍点。 具体算法如下 (1) 纤长换算成皮长 La=(S1-S2)/(1+P)
设置距离设置脉冲宽度 10Km以下30ns100ns 10km～50Km100ns、300ns、1us 50Km～100Km300ns、1us、3us 100Km以上1us、5us、10us 表１脉冲宽度选择参考表 摘要本文重点分析了OTDR测试误差产生的原因，并提 出了减小误差的措施。 关键词光时域反射仪误差 The Error Analysis of Using Optical Time Domain Reflec－ tormeter//Lan Jianke,Hua Shixia,Wang Jing Abstract In this paper,the measuring errors which are caused by Optical Time Domain Reflectormeter are analyzed.After that,the measures which can reduce errors are pointed out. Key words OTDR;error Author's address Army69036of PLA,841000,Kuerle,Xin－ jiang,China 1引言 在光缆线路维护工作中，利用OTDR精确地测试光纤 长度是极其重要的，尤其是在光缆线路障碍查找过程中，要 求维护人员能快速准确地测试出障碍点的距离。但在实际 工作中，还存在着故障测试距离不准，分析判断错误等问 题，给光缆维护人员寻找故障点带来极大不便，从而延长通 信阻断时间，造成这些问题的主要因素是测试人员对设备 操作性能和分析判断不熟悉、仪表操作不当所产生的误差。 本文重点就这些因素进行深入分析和探讨。 2光时域反射仪测试误差的常见因素 2.1仪表本身固有偏差 光时域反射仪是利用光的后向散射和菲涅尔反射原 理，按一定的周期向被测光纤发送光脉冲，再按一定的速率 将来自光纤的背向散射信号进行抽样、量化、编码，存储并 显示出来，所以这种测试方法又叫后向散射法。仪表本身的 固有偏差反映在距离分辨率上，距离分辨率正比于抽样频 率或反比于抽样宽度,不同的测试范围其距离分辨率不同, 抽样宽度越宽，距离分辨率就越低。 2.2仪表操作不当产生的误差 在实际测试过程中,操作人员设置参数的不同会导致不 同的测试结果。 2.2.1折射率设置偏差产生的误差 折射率的数据应和被测光纤折射率的数据一致。两者 的偏差将直接影响到OTDR对被测光纤距离的测试精度。 在实际情况中，由于各个厂家生产的光缆折射率不同，加之 不同型号光缆的折射率也不同。所以在进行测试时，必须设 定正确的折射率。当几段光缆的折射率不同时，可采用分段 设置，从而减小误差。 2.2.2事件盲区引起的误差 利用光时域反射仪测试光纤链路时存在盲区是由于光 纤线路中存在菲涅尔反射，特别是前端的菲涅尔反射是不 可避免的。盲区的大小通常与设置的脉冲宽度有关。脉冲宽 度越大，可测的距离越远。但盲区加大，降低了分辨率和测 试精度。在通常情况下，脉冲宽度设置的过大会产生较强的 菲涅尔反射，从而加大盲区效应。较窄的光脉冲会产生较小 的盲区效应，但在实际测试过程中，如果光脉冲变窄，光功 率变弱，OTDR通过向被测光纤发出的光脉冲经过光纤沿线 各点反射回来的光信号就越弱，从显示屏上就会看到背向 散射信号曲线比较毛糙（如图1所示）， 会出现起伏不平的 曲线和噪声电平，进而产生较大的误差。 中图分类号：TN929.11文献标识码：A文章编号：1672-7894（2012）24-0096-02 图１毛糙的背向散射信号曲线图 图２较完整光纤后向散射曲线图 图３光纤连接器件不清洁所致的光纤后向散射曲线图 （下转第98页）９６
常见OTDR测试曲线解析 一、正常曲线 一般为正常曲线图，A 为盲区，B 为测试末端反射峰。测试曲线为倾斜的，随着距离的曾长，总损耗会越来越大。用总损耗（dB ）除以总距离（Km ）就是该段纤芯的平均损耗（dB/Km ）。 二、光纤存在跳接点 中间多了一个反射峰，因为很有可能中间是一个跳接点，现城域网光缆中，比较常见。如：现主干光缆由汇接局至光缆交接箱，当有需求时，需由光交接箱布放光缆至用户端，光交接箱就需跳纤联接，所以在测试这样的纤芯时，就会出
现像图中这样的曲线图。当然也会有例外的情况，总之，能够出现反射峰，很多情况是因为末端的光纤端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高。例如在一次中断割接当中，当光缆砍断以后，测试的曲线应该如光路存在断点图所示，但当你再测试时，在原来的断点位置出现反射峰的话，那说明现场的抢修人员很有可能已经把该纤芯的端面做好了。三、异常情况 出现图中这种情况，有可能是仪表的尾纤没有插好，或者光脉冲根本打不出去，再有就是断点位置比较进，所使用的距离、脉冲设置又比较大，看起来就像光没有打出去一样。出现这种情况，1、要检查尾纤连接情况；2 、就是把OTDR 的设置改一下，把距离、脉冲调到最小，如果还是这种情况的话，可以判断：1、尾纤有问题；2、OTDR 上的识配器问题；3、断点十分近，OTDR 不足以测试出距离来。如果是尾纤问题，只要换一根尾纤就知道，不行的话就要试着擦洗识配器，或就近查看纤芯了。 四、非反射事件
1、这种情况比较多见，曲线中间出现一个明显的台阶，多数为该纤芯打折，弯曲过小，受到外界损伤等因素，多为故障点。 2、若光纤模式、折射率不一样，接续时也会出现此情况，常见光纤G651光纤（标准单模光纤，B1光缆），G653光纤（色散位移光纤，B2光缆）。造成这种现象的原因是由于接头两侧光纤的背向散射系数不一样，接头后光纤背向散射系数大于前段光纤背向散射系数，而从另一端测则情况正好相反，折射率不同也有可能产生增益现象。所以要想避免这种情况，只要用双向测试法就可以了。 五、光纤存在断点 这种情况一定要引起注意！曲线在末端没有任何反射峰就掉下去了，分析：1如果知道纤芯原来的距离，1、在没有到达
机械工程测试与控制实验小论文 机械测试与控制实验是应用电子技术对我们所在机械行业的设备进行各种性能测定、读取、检验和控制的的一门学科，并通过试验、控制和运行监测给予我们在设备实际设计制造的参考数据以及实现自动化控制。这为机械设备的使用使用和自动化提供了条件。这门课程通过介绍LabVIEW软件的基本知识，测试的基本方法和基本设备，是我们机械专业的学生在了解自己专业的基础上对实际生产中的自动控制与测试，测量有了相当的了解，可以使我们在今后的工作中更加得心应手。对于自己的专业来讲。最常用到的便是温度、转速、运动等相关参数的测定方法，这将是我们将理论设计得以应用到实际中的条件。 通过学习本门课程，我学到了信号采集处理以及读取的相关原理及方法，测试装置的基本特性及应用，常用传感器的形式和原理，以及针对特定参数测量的方法和原理。并依据所测绘传输的信号通过现代计算机手段处理以实现对生产的管理。这门课程虽然并不是我们专业的主修课程，但是，一个机械工程人员如果想要在现今科技高速发展的今天，就必须学会并应用虚拟设备和电子信号等相关技术对我们机械行业实现低人功率，低成本，远程实时的监控操作。在自己的专业基础上，我重点了解了常用传感器的种类，例如机械式、电磁式以及光电式，对涉及到压力、温度、气压及材料强度等相关参数测试的知识，也重点掌握，例如测量的实际操作过程，测试的信号采集与处理。同时也了解了测试技术的前沿发展状况，对我们今后在测试装
置的选择与使用上都有很大的帮助。只用充分了解掌握本行业所需的全部知识，才可以在自己的行业中站稳脚步，我们虽然对电子并不精通，但一定要学会应用，才可以在相对中占据优势，在交叉领域展现自己的才华，也才能扩展视野，在今后的生产工作中有所领悟，有所创造。
OTDR测试仪器简介和常规曲线分析 一、OTDR 英文：Optical Time Domain Reflectomenten 中文：1、光时域反射测试仪 (照英文译) 2、背向散射测试仪（按其原理命名） 二、全球主要厂家 美国PK(PhotonKinetics)、日本安立（ANRITSU）、美国激光精密(GN Nettest)、爱立信(Ericsson)、EXFO等 三、衡量OTDR的性能指标 a、衡量OTDR的性能指标--动态范围 b、动态范围：在满足给定误码的条件下，光端机输入连接器，能接收最大的光功率与最小光功率电平值（接收灵敏度）之差。 c、动态范围越大，所能测试距离越长 四、OTDR的功能 a、测试光纤的长度； b、测试光纤的衰减系数（波长850nm、1310nm、1550nm、1625nm）； c、测试光纤的接头损耗； d、测试光纤的衰减均匀性； e、测试光纤可能有的异常情况（如有台阶，曲线异常等）； f、测试光纤的回波损耗(ORL)； g、测试光纤的背向散射(BKSCTR COEFF)；
五、OTDR 的基本原理-瑞利散射、菲涅尔反射 a 、瑞利散射：光波在光纤中传输，沿途受到直径比光波长还小的散射粒子的散射；瑞利散射具有与短波长的1/λ4 成反比的性质，即：a r =A/λ4 ，式中比例系数A 与玻璃结构、玻璃组成有关 b 、菲涅尔反射：光波在两种折射率不同的煤质界面会形成反射，其反射能量约占总能量4%； 六、基本原理图 注：LD-半导体激光器，LED-面发光二极管 七、 典型的后向散射信号曲线 a 、 输入端的Fresnel 反射区（即盲区） b 、 恒定斜率区、 c 、 由局部缺陷、接续或耦合引起的不连续性、 d 、 光纤缺陷、二次反射余波等引起的反射、 DB/DIV M/DIV
浅析机械工程测试技术 【摘要】机械工程测试技术是一门比较基础的课程，由于其复杂性和高难度的特点导致了在传统教学模式中中存在了一些不足。笔者从中提出了一些关于教学改革的研究和看法，通过结合工程题目设计实验案例的教学方式，使学生的实践能力，综合能力得到提高。 【关键词】机械工程测试技术；教学改革；课程 1.机械工程测试技术在教学过程中存在的不足 1.1教学方式没有实现多样化 教学手段落后，以课堂教学为主，学生被动接受，缺乏必要的互动。虽说现在多媒体教学已经普及，但基本上还停留在投影代替粉笔的初级阶段，对现代化教学手段的充分利用还远远不够，对教学手段的改进也期待进一步探索所以可以看出，传统教学模式的弊病会造成学生被动吸收知识，难以充分调动学生学习的积极性和主观能动性，不利于培养学生的创新思维和创新能力。 1.2课程的不合理安排导致基础薄弱 机械工程测试技术需要前期学习的课程主要有高等数学和概率论与数理统计。高等数学和概率论与数理统计这两门课程一般安排在大学一、二年级开课，机械程测试技术一般安排在大学三年级开课，中间间隔的时间比较长，学生对基础知识的遗忘比较严重。而比较普遍的现象是学生在学习这门课程时进人状态较慢。该课程一方面要求学生全面回忆起高等数学、数学分析的内容，另一方面要求学生不断吸收全新测试技术知识。假如不能充分利用已学过的基础知识并做到与新知识融会贯通，则相当长一段时间都会处于茫茫然的学习阶段，学习兴趣锐减，积极性受挫。 1.3学生得不到足够的实践机会 机械工程测试技术课程的实验教学中主要存在两个问题：一是由于实验条件有限，难以完成一些较复杂的实验，而且某些简单实验完成的效果也不太好，造成了学生在学习这门课时，感性认识与理性认识相脱节的现象，学生理解这门课程存在一定的困难。二是实验教学中一般要求学生按照实验指导书的步骤操作，有些学生不思考就按部就班完成实验，最终仍然不明白为什么该实验要有这几个中间步骤，知其然而不知其所以然。众所周知，机械工程测试技术是一门实践性很强的学科，所以实验教学对于学习本门课程非常重要。但是由于存在一些这样那样的问题，导致了实验教学不能正常开展，学生动手操作机会少，演示教学多，案例教学较少，实际应用测试结果分析问题的能力不足。 1.4学生接受知识相对比较被动
OTDR测试曲线分析方法 OTDR是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要的测试仪器，它能将长100多公里光纤的完好情况和故障状态，以一定斜率直线（曲线）的形式清晰的显示在几英寸的液晶屏上。根据事件表的数据，能迅速的查找确定故障点的位置和判断障碍的性质及类别，对分析光纤的主要特性参数能提供准确的数据。目前OTDR型号种类繁多，操作方式也各不相同，但其工作原理是一致的。在光纤线路的测试中，应尽量保持使用同一块仪表进行某条线路的测试，各次测试时主要参数值的设置也应保持一致，这样可以减少测试误差，便于和上次的测试结果比较。即使使用不同型号的仪表进行测试，只要其动态范围能达到要求，折射率、波长、脉宽、距离、平均化时间等参数的设置亦和上一次的相同，这样测试数据一般不会有大的差别。 一、OTDR测试的主要参数： 1.测纤长和事件点的位置。 2.测光纤的衰减和衰减分布情况。 3.测光纤的接头损耗。 4.光纤全程回损的测量。 二、测试参数设置： 1.波长选择： 因不同的波长对应不同的光线特性(包括衰减、微弯等)，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则，即系统开放1550波长，则测试波长为1550nm。 2.脉宽： 脉宽越长，动态测量范围越大，测量距离更长，但在OTDR曲线波形中产生盲区更大；短脉冲注入光平低，但可减小盲区。脉宽周期通常以ns来表示。一般 10公里以下选用100ns、300 ns ,10公里以上选用300ns、1μs。 3.测量范围： OTDR测量范围是指OTDR获取数据取样的最大距离，此参数的选择决定了取样分辨率的大小。最佳测量范围为待测光纤长度1.5倍距离之间。 4.平均时间： 由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。例如，3min的获得取将比1min的获得取提高 0.8dB
如何正确设定OTDR测试参数 在使用OTDR时，要想准确地测试光纤长度和衰耗，在开始测试前必须要正确地设置相关参数。主要参数有：折射率、脉冲宽带和平均时间；同时，如何用光标准确取点也是至关重要的。一、折射率设置光纤群折射率的设置是否准确对纤长测试的影响较大。该折射率值由光纤生产厂家给出，另外不同厂家的OTDR其距离的算法也略有不同。一般来说，OTDR的纤长测试距离误差由以下的三个因素构成：0.000025％′测试距离±OTDR距离分辨率±光纤折射率引起的误差下面我们通过一个例子来说明 光纤群折射率对纤长测试的影响：假设被测光纤在距离测试点120km处断开，若用XX公司的YY型OTDR进行测试，在此距离范围内若采样点为32,000点，其距离分辨率为8m。我们将光纤群折射率的误差值取为0.001（因为操作者设置折射率时往往在1.467～1.468之间变动）： D ＝ 0.000025％′120,000m + 8m + 120,000m′0.001/1.467＝100.8m 其中折射率所带来误差为81.8m，约占总误差的81.15％。通过上面的例子我们可以理解折射率设置对光纤纤长测试是多么重要！！！二、脉冲宽度和平均时间设置理论上讲，对于同一段光纤，脉冲宽度越大，距离测试误差就越大。但是若脉冲宽度很小，则不能精确识
别光纤末端与噪声电平的界线。操作人员应根据实际情况选择适当的脉冲宽度，原则是在保证能识别光纤末端的情况下，尽可能地小地设置脉冲宽度。如图一所示： 图一、在保证能识别光纤末端的情况下，尽可能小地设置脉冲宽度一般来说，很难机械地定义测试距离与所用脉冲宽度的关系，因为每根光纤的衰耗不同，很难用标准的尺度去衡量到底用多大的脉冲宽度去测试一定距离 的光纤。但是，有两个原则是必须把握的：1、用尽可能小的脉冲宽度去测试光纤，这样距离和衰耗的精度才能得到保证。只有脉冲宽度小到能够能够看到大致的曲线形状，就可以通过平均来测出曲线。2、当脉冲宽度确定以后，所选取的平均时间应该足够长，一般在15秒至60秒之间。被测光纤越长，平均时间约长（同时脉冲宽带也约大）。三、正确使用光标进行取点操作人员在使用OTDR时，因为取点所带来的误差也是不可避免的。对于发射事件，取点位置应在曲线陡升的起点；对于非反射事件，取点位置应在曲线陡降的起点。在测试时应将故障点处的曲线放大后再确定精确的故障点位置。如图二所示。 虽然OTDR的事件表里面有每个事件所对应的距离值，但是对承担抢修任务的技术人员而言，这个距离值不一定是十分可靠的。因为事件表里的距离值只有在正确设置了