智能光纤熔接机电气系统设计

摘要

在光纤通信领域，随着“光纤入户”步伐的迈进，光纤熔接机逐渐成为必不可少的现场施工和维护的工具，而熔接的速度和损耗、加热的效率是光纤熔接机最核心以及复杂度最高的技术关键。
　　相较于进口的光纤熔接机，目前市场上的国产光纤熔接机普遍存在熔接时间长、熔接损耗高、加热时间久的问题。本文以智能光纤熔接机电气系统设计为研究课题，从硬件电路、算法设计、软件实现三个角度阐述了三个问题的设计及实现过程。
　　本文以降低熔接的损耗和提高熔接、加热的速度为目标，重点研究了基于曲线加减速算法的步进电机控制、基于图像数字形态学处理的光纤图像处理技术、基于恒压恒流反馈的放电系统的设计和基于厚膜电阻的高速加热系统的设计等。主要研究内容分为以下四部分。
　　第一部分，光纤步进电机的控制。相较于传统直线加减速算法，本系统采用曲线加减速算法并实现，使电机的加速度曲线更接近电机的矩频特性曲线，使光纤控制过程更平滑，为光纤在放电前的精准对准和熔接时的平稳控制奠定了基础。
　　第二部分，光纤图像处理。相较于传统的光纤轮廓提取方案，本系统采用基于数字形态学的光纤图像处理算法并将其实现，提高了光纤熔接时图像的处理速度的同时，使光纤位置的提取采样更为准确，是高质量熔接的前提。
　　第三部分，放电熔接处理。相较于传统的固定升压，变频开环调控的方案，本系统将控制频率固定，采取恒压恒流的双反馈机制，提高了放电过程的稳定可控性，使放电熔接的损耗更低。
　　第四部分，热缩加热控制。相较于传统加热丝及温敏电阻反馈的方案，本系统采用基于厚膜电阻的加热、反馈结构，大大提高加热反馈的响应度和准确度，同时采用 PID自适应控制算法，使加热过程更准确可控，增大加热功率，优化加热算法的同时，设计了在高功率下的三重保护机制，使加热系统更快、更安全。
　　最终通过四个关键技术的设计及实现，达到了提高熔接速度和质量，降低加热时间和提高加热安全性的目标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 光纤熔接机概述

1.2 国内外研究现状

1.3 光纤熔接机的关键技术与本文创新

1.4 本文的主要研究贡献与创新

1.5 本论文的结构安排

第二章 熔接机系统功能分析及总体设计

2.1 光纤的介绍

2.2 光纤的连接方法与比较

2.3 熔接损耗的测量及影响因素

2.4 光纤熔接的步骤及原理

2.5 光纤熔接机主要功能模块分析及总体设计

2.6 本章小结

第三章 光纤熔接机硬件系统设计

3.1 需求分析

3.2 核心芯片选型

3.3 基础电路设计

3.4 放电子系统电路设计

3.5 加热子系统硬件设计

3.6 运动反馈及控制子系统电路设计

3.7 整机电路

3.8 本章小结

第四章 光纤熔接机算法设计

4.1 需求分析

4.2 电机控制算法

4.3 图像处理算法

4.4 加热控制算法

4.5 本章小结

第五章 光纤熔接机软件实现及整机验证

5.1 需求分析

5.2 软件总体框架

5.3 S型加减速算法的软件实现

5.4 图像处理算法软件实现

5.5 加热系统软件实现

5.6 整机验证

5.7 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果