“反射弧”结构（精选11篇）
“反射弧”结构 篇1
信息数量井喷增长, 在满足人们信息生活需要的同时, 内容、表达、形式的碎片化和接收时间的碎片化伴随而来。
“反射弧”是指从外界感受器接受信息, 经传入神经, 将信息传到神经中枢, 再由传出神经将反应的信息返回到外周效应器。其典型的模式一般由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个部分组成。从信息传播角度看, “传入神经”、“传出神经”是一种“信道”, 而“感受器”、“神经中枢”、“效应器”则是重要的“信息站”, 拥有不同的功能。碎片化的产生, 引发人体“反射弧”模式下人体“信息站”的变化, 并进一步对人的认知、态度、行为产生深刻影响。
一、信息碎片时代“反射弧”结构的失衡
1.“感受器”:信息入口的浅层化
加拿大著名学者麦克卢汉将媒介喻为对人官能的延伸。因此, 传播学意义上的“感受器”则是人体官能和外部媒介的结合产物。当前大量的自媒体, 延伸了人们的视觉、听觉、触觉等感觉器官, 成为影响人们接收信息、理解外部世界的新“感受器”。然而, 自媒体在延伸人对外部感受的同时, 碎片化信息的大量涌入, 也容易使人们陷入知其“是什么”, 难以了解为什么, 从而成为接受各类碎片化信息的“容器”。
为缓解“感受器”接收信息的无限性与主动选择的有限性之间的矛盾, 避免海量碎片化信息涌入下的“感受器”的信息过载, 基于新闻选择的APP客户端的出现, 比如, 人们选择APP《今日头条》的目的就是为了适当减少碎片化内容。但这个“感受器”主要还是基于受众选择性接收、选择性记忆的需要而设置的, 带有强烈的单一性指向。《今日头条》的核心功能是推荐搜索, 它通过用户的社交媒体账号和使用产品的信息反馈, (包括用户对某一条内容的阅读, 评论, 收藏, 在此内容上停留时间的长短) , 推算出用户的偏好, 从而为其推荐个性化内容。这些带有“个性化”端口的设置, 一方面其精确传播方便受众, 减少受众筛选信息的时间, 提高个体有用信息的数量, 降低无用信量的存量, 提高信息接收的使用比;另一方面, 其本身带有极强的功能性, 无形中缩小了受众获取信息的广度, 加之很多受众的兴趣爱好仅仅是以娱乐化为评判标准, 这就会让他们很容易错过真正对他们有用的信息, 同样容易导致信息浅层化。
2.“神经中枢”:信息处理的平面化
在“反射弧”模式中, “神经中枢”是处理信息的中心, 直接影响着人类的思维等精神活动。大量碎片化信息经过“传入神经”进入“神经中枢”, 由于碎片化信息同质化严重, 导致同质信息的相对累积之后产生大量的冗余信息包, 并没有形成“是什么”、“为什么”、“怎么了”等完整的信息价值链, 反而增加了“神经中枢”处理的难度, 降低信息处理的有效性。显然, 虽然有大量碎片化信息的不断累积, 但由于缺少多维度的整合, 导致只有少数信息可以“归聚”, 大部分信息依然是“游离”状态, 这样不但没有使“神经中枢”对信息的处理更加高效, 反而呈现出平面化的“一维”而不是“多维”的立体化状态。
3.“效应器”:信息反馈的盲从化
“效应器”是通过外在的情绪、态度、观点、行为等形式反映“神经中枢”的处理结果, 是对所接触信息的一种反馈。由于端口信息输入的浅层化、“神经中枢”信息处理的平面化, 导致“效应器”认知结果盲从, 信息接受者对信息内容过于盲目轻信, 易受外界蛊惑, 容易导致情绪的极端化和行为的极端化。特别是在突发事件发生以后, 面对大量未经证实的碎片化信息, 如蛊惑性标题, 煽动性语句、夸大的事实、PS后的图片, 加之一些网络大V的有意转发以及网络水军刻意推动, 更容易在社会产生“三人成虎”、“曾母投杼”的困惑与混乱。
比如说, 在APEC期间, 整个北京安保级别确实提高了不少, 但是, 有微博以此制造谣言, 以“APEC期间, 北京三环附近各高楼有各国安全狙击手, 以不要乱开窗户”为题, 吸引眼球, 并在文字下方配有值班室警告通知的图片。这导致大量学生转发, 引发了巨大的负面影响。
二、信息碎片化时代“反射弧”结构的再造
1.“感受器”的多元化维度 (数字媒介先进, 但纸质媒介等其他媒介不可缺少, 视觉信息重要, 文字信息不可缺少)
“感受器”是信息的进入口, 是人体的“把关部门”。当前, 手机、APP、微信的广泛使用, 使移动“单一化”、“浅层化”的信息充斥着“感受器”, 使其作用效果日益降低, 不利于“神经中枢”的进一步处理以及人的进步与发展。
为了避免这种状况, 媒体和个人应该实现“感受器”的多元化维度, 既运用先进的数字媒体, 又不放弃对纸质媒体等其他媒体的运用, 既重视视觉信息, 又关注文字信息, 让所接触的信息得到拓展和挖掘。
作为媒体, 应该传播多元化的内容和形式。对同一报道既有简介的消息简报, 又有专题的深度探讨, 既有主流媒体的评论, 又有博客的草根观点, 既有文字采写, 又有视频的现场, 多元的信息以多种形态向受众展现。实现这一点, 一方面, 需要媒体之间展开合作, 整合优势资源;另一方面, 充分发挥网络媒体互动作用, 激励受众参与提供多元信息内容。
作为个人, 应该多元地运用各种途径获取信息, 达到系统与碎片相结合, 实现信息的高效利用。
2. 碎片化与厚度化的融合 (碎片化并不可怕, 可怕是只有碎片化)
社交媒体时代, 碎片化成为必不可少的趋势, 在这种趋势下, 碎片化并不可怕, 可怕的是只有碎片化。为了应对这种情况, 传者和受者应该从源头上, 做好信息的整合工作, 实现碎片化与厚度化的融合, 做到立体化的传播。
立体化的传播是传播者借助超链接, 对传播的信息按传播的核心内容标准分三个层次:核心信息、周边信息、辐射信息进行的传播。针对这三个层次信息, 传播者可以通过在信息内容页面添加网络新闻报道单元进行信息分层次的多维度整合。比如说, 新闻报道单元对单一新闻稿件进行拓展, 用更长的时间跨度, 更多元的视角, 更丰富的手段, 来完成某一主题的报道, 帮助读者获得对新闻事件更完整的把握, 同时还可以通过新闻互动的方式来发展新闻报道。另外, 可以在新闻内容页的关键词添加链接等。在这种立体化的传播方式下, 碎片化信息能够根据用户需求通过“归聚”起来, 实现对信息的创造性整合, 信息间的联系也能通过整合得到展现, []从而减少“神经中枢”的负担, 扭转处理结果平面化趋势。
3. 媒介反馈与社会实践反馈的融合 (媒介时代的知行合一)
1947年, 美国学者阿尔·伯特将谣言传播的原因归纳为一个公式:谣言=重要性*模糊性。经过后者补充, 公式增加了一项:公众批判, 即常识。
在现代社会, 媒体更多地参与对现实社会的构建, 更大地影响人们头脑中对现实社会的构想, 成为人们认识世界的中介。在这种中介作用下, 人们逐渐用媒体所宣传的对象代替面对面交流的对象, 用间接经验代替直接经验。这增加了信息的模糊性, 提高了谣言传播的可能性。加之, 人们大部分常识不再来源于社会实践, 而是更多的来源于媒体, 使这些常识本身就具有了模糊性, 降低了公众的批判能力, 增加了“效应器”的盲从性。
为了避免这种状况, 人们应该主动继承知行合一的精神, 实现媒介反馈与社会实践反馈的融合, 做到既通过媒体获得信息, 又通过社会实践认识世界;努力用批判的眼光看待媒体上的信息, 通过社会实践论证信息, 提高“效应器”的反馈能力。
总之, 面对碎片化的时代, 人类应该充分发挥主观能动性, 减少碎片化信息对人类“反射弧”的负面影响, 让信息的功效实现最大化, 从而推动社会进一步发展。
参考文献
[1]刘昊.碎片化语境下的网络传播策略[J]新闻爱好者, 下半月, 2011. (5)
[2]林茂.随平滑阅读风尚下的“全民阅读”文化建设探析[J]大众文艺, 2013. (18)
[3]何霏.浅析网络谣言的危害以及治理[J]青年与社会, 2014. (1)
“反射弧”结构 篇2
布置任务 当你的手指无意间碰到灼热的物体时，会立即缩回手臂，这一反应使你及时避开了造成伤害性刺激的物体。人体通过神经系统对刺激做出的规律性反应，叫做反射上述反应就是一个具体的反射过程，可叫做‘缩手反射”。
第2节 反射和反射弧
反射是神经活动的基本方式
完成某一反射过程的结构，叫做反射弧。每一反射弧都由五个部分组成：感受器、传入神经元、神经中枢、传出神经元效应器。感受器受到刺激后即产生冲动，由传入神经元将冲动传导到神经中枢（如缩手反射的感受器就在受刺激部位的皮肤里; 神经中枢再发出冲动，由传出神经元将冲动传达到效应器，使效应器作出反应（如缩手反射的效应器就是手臂相应的肌肉）。神经中枢则是反射弧位于中枢神经内的有关联系结构。这种联系结构大多要在传人与传出神经元之间加入若干“中间神经元”来联络，但也有的反射弧神经中枢上没有中间神经元，只是借传入神经元轴突末端与传出神经元树突或胞体来联系，例如，“膝反射’就是这种“两神经元反射”。
反射除了能通过骨骼肌运动对刺激作出反应之外，还能够通过平滑肌和腺体的活动来调节相应内脏器官的功能状态。例如当膀胱内尿液积累达到一定量时，会使膀胱壁内感受器感受到刺激，进而通过神经调节使膀胱壁平滑肌收缩、尿道内四周围控制尿道开放的肌肉舒张，尿液就从膀胱经尿道排出体外，这叫做排尿反射。又如，当口腔内一些感受器受到食物等造成的刺激时，也会通过神经调节使唾液腺分泌唾液，这称为唾液分泌反射。总之，神经系统就是通过每一个具体的反射活动来实现其调节功能的，反射是神经调节的基本方式。
反射可分为非条件反射和条件反射
非条件反射是生来就已建立的先天性反射。引起非条件反射的刺激称为非条件刺激。例如，由于食物等刺激直接作用于口腔黏膜上的感受器，引起唾液分泌反射，就属于非条件反射。条件反射是在出生以后个体生活中逐渐形成的后天性反射。引起条件反射的刺激叫做条件刺激。像经过训练后，狗能对铃声做出分泌唾液的反应，这就属于条件反射，此时的铃声就是条件刺激。
如果要使已经建立的条件反射长时间保持下去，还需要经常使非条件刺激与之结合。否则，已建条件反射将逐渐减弱。甚至消失。当然，条件反射还可以改建或
重建。这些都说明。条件反射不像非条件反射那么固定，而是有着相当的“可塑性，这些特点对于人或动物适应环境的能力来说，显然要比非条件反射有着更为积极的意义。
条件反射的神经中枢远比一段非条件反射的要复杂。进一步的实验研究还证明，人和高等动物的许多非条件反射在大脑皮层以下（脑干或脊髓）的各个中枢即可完成，而条件反射则一般要在神经系统的最高级中枢—大脑皮层参与下才能实现。
“反射弧”结构 篇3
关键词： 反射式红外系统； 二维精密转台； 热力学分析； 模态分析
中图分类号： TH122 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2015.04.016
Abstract： For light-arm infrared optical sight stability testing requirements， we design a two-dimensional electrical-turntable platform based on Newton′s reflex infrared system. Electrical control was established based on CATIA three-dimensional model of two-dimensional precision turntable model. The two-dimensional precision turntable model was using small two-dimensional U turntable structure， driven by a DC servo motor directly. 24-level axial angle encoder was used for angle measurement. Through finite element analysis software PATRAN on the turntable platform， key components of the thermodynamic analysis and modal analysis were conducted， obtaining the turntable stress distribution nephogram. The results show that the design scheme is feasible and reasonable.
Keywords： reflex infrared system； the two-dimensional turntable； thermodynamic analysis； modal analysis
用于红外光学瞄具瞄准基线变化量测量的高精度二维精密转台，由于其有方位转台和俯仰转台等部件组成，同时平面反射镜又是安装在二维精密转台上，通常处在温差变化较大的环境下工作，因此需要二维转台的结构具有足够的抵抗温度变形的能力。只有合理进行二维转台的结构设计，才能保证整个红外系统既可以满足体积重量的要求，又可以满足抗温度特性，从而保证测量结果正确。
本文给出了二维精密转台的结构设计，方位轴系和俯仰轴系等重要部件以及驱动部件的结构设计，并对二维转台的关键部件平面镜的温度特性进行了分析和试验。
1 牛顿反射式红外系统的组成及工作原理
红外反射式平行光管系统是用来模拟红外目标，进行瞄准基线变化量和装表量的测量。它由抛物面反射镜、平面反射镜、红外窗口、二维精密转台、黑体及靶标、瞄具安装座、光楔夹持座、底座、温控器件、壳体及支架等部分组成，红外系统工作原理示意图如图1所示。
牛顿反射式红外平行光管由黑体、靶标、抛物面反射镜和平面反射镜组成，它是用来模拟无穷远红外目标的，被测瞄具是通过红外窗口来观察无穷远的靶标。电控二维精密转台上安装有平面反射镜，转台的两个转轴均配有轴角编码器，可测量方位和俯仰转动角位移。二维调整架上安装有被测瞄具的瞄准镜，二维调整架具有水平方向的平动和垂直方向的俯仰二维姿态，可以用来实现瞄准镜的位置调整。
当红外系统在低温环境下工作时，在试验室开始降温时便开启温控器组件，始终保持封闭式箱体内温度在20 ℃左右。测试时，将红外被测瞄具安装在二维调整架上，调整二维调整架使被测瞄具大致对准靶标，然后调节黑体的温度，使得被测瞄具的红外十字分划线清晰可见。通过控制电动二维精密转台，使被测瞄具的十字分划线与靶标的十字分划线重合，记录此时二维精密转台的两轴角度值。取下被测瞄具去进行力学、高低温等各种试验；被测瞄具经过一些试验应力后，再将红外瞄具重新安装在二维调整架上；通过控制二维精密转台的平面镜的转动，使得红外瞄具的十字分划线与靶标的十字分划线再次出现重合，记下此时二维精密转台的两轴角度值。根据二维精密转台前后位置的变化，经计算机处理得到红外瞄具的瞄准基线的变化量。
2 电控二维精密转台
2.1 二维精密转台主要技术指标：
二维精密转台主要技术指标如表1所示。
2.2 二维精密转台的结构组成
二维精密转台主要完成水平方向和竖直方向的转动，其包括方位转台和俯仰转台两部分。方位转台
包括：底座、非标准滚动轴承、力矩电机和编码器以及方位电限位和机械限位等组件，其中底座、非标准滚动轴承起支撑作用，它们的精度直接影响转台的测量精度。
转台的转动是通过力矩电机的驱动来实现的，编码器是用于转台转角的测量，从而满足方位位置调整的需要，方位电限位和机械限位限制方位调整范围在±10°。俯仰转台具有5 kg的负载能力，俯仰转台的转动是靠直流力矩电机的驱动来完成的，轴承结构采用传统的固定方式，即一端固定，一端游动的方式，同时保证了在温度变化时轴系精度的稳定性。二维精密转台的结构如图2所示，本文的二维转台的工作状态采用的是右边的卧式结构。
nlc202309051421
3 机械结构中的关键部件的设计
3.1 U型架的设计
U型架是整个二维转台承受动力学载荷的主要环节之一，由于要考虑体积、重量的要求，因此选用硬铝作为U形支架的制造材料，其机械结构形式为中空框架。U型架包括24位俯仰编码器、俯仰轴、俯仰力矩电机、方位轴、标准轴承、侧盖等部件，其具体的结构形式如图3所示。
3.2 轴系的设计
二维精密转台轴系的设计包括方位轴系和俯仰轴系两部分。方位轴系包括：底座、非标准的滚动轴承、方位轴、方位力矩电机、24位方位编码器等部件。俯仰轴系包括：标准轴承、俯仰轴、俯仰力矩电机、24位俯仰编码器等部件。方位轴系与俯仰轴系的回转运动是通过力矩电机的驱动来完成的，其具体的结构形式如图3所示。
方位、俯仰轴都由方位、俯仰编码器和直流力矩电机来驱动。二维转台的锁定是由电限位和机械限位组件来实现。转台采用长春光学精密机械与物理研究所研制的24位绝对式编码器，其精度为2″，分辨率为360°/224×3 600=0.08″，并采用轴系、直流力矩电机和轴角编码器一体化设计，使其结构紧凑，运行平稳。
4 有限元分析
4.1 有限元模型的建立
有限元模型的建立包括三维模型的简化和单元网格的划分，对二维转台中的部件进行有限元分析时，需要考虑一些特殊件的有限元分析，比如轴承和电机等。为了进行准确的模拟，必须先对轴承和电机的三维模型进行简化和处理。
（1） 轴承模型的简化
本文所研究的轴承，其滚珠的受力情况和内外圈的边界条件都很难确定。哈尔滨工业大学顾东[1]在利用ANSYS对微型机床主轴系统进行模态分析时，得出这样一个结论：采用间隙单元COMBIN40对轴承进行等效处理效果较好，而COMBIN14是可以用来模拟轴承的径向和轴向刚度的。所以本文中的轴承可以采用间隙单元COMBIN40和弹簧单元COMBIN14结合来处理。
（2） 驱动电机和测量元件的建模处理
驱动电机的转子和定子可以分别用两个实体来进行模型的简化，这样简化处理的电机和实际的电机结构基本上是一样的。材料的弹性模量和泊松比可选取为230 GPa和0.3。绝对式轴角编码器是用来进行角度测量的，其模型的简化同样用一个实体来进行等效处理，其材料的弹性模量和泊松比可选取为130 GPa和0.3。
4.2 单元网格的划分
本文所研究的二维转台的单元网格包括实体单元和弹簧单元两部分。常用的实体单元有SOLID45，SOLID92和SOLID95单元[2]，其中SOLID45是线性的六面体单元，单个单元上的应力状态是不变的[3-6]，而SOLID92和SOLID95的应力状态呈线性变化。综上分析，采用手动划分和自由划分相结合的方式对二维转台进行单元网格的划分，实体单元选择SOLID95，弹簧单元选择COMBIN14。现将二维转台的关键部件平面镜做有限元分析，网格的划分如图4所示。
4.3 平面镜的热力学和模态分析
（1） 热力学分析
热力学分析是指具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。热力学分析有线性和非线性之分，本文采用线性分析，关键部件平面镜的热力学分析云图如图5所示。
由温度应力云图可以看出，温度在-40～20 ℃ 和20～50 ℃范围时，最大热应力都发生在平面镜椭圆孔短半轴的两个边缘部分。
（2） 模态分析
通过数据结果来观察平面镜的振动频率，现取其前6阶的模态，得到相应的振型云图，二维转台的关键件平面镜的各阶模态振型云图如图6所示。
由模态云图可以看出：1，2阶的模态最大的变形发生在平面镜的边缘部分，3，4阶的模态最大的变形发生在平面镜的4个45°角的位置，5阶模态变形开始向中心孔扩散，而6阶模态，平面镜的中心孔部分变形相对较大。平面镜的6阶模态的数据如表2所示，由表2可以看出1阶模态的固有频率是805 Hz，这远远大于设计要求的频率范围（100 Hz以上的频率）。
5 结 论
有限元分析结果表明，二维精密转台的俯仰、方位轴系设计合理，能保证二维精密转台平稳、可靠、顺畅的运转。本文通过对二维转台的轴承、电机进行模型简化处理，从而保证了转台的精度要求，达到了所要求的技术指标。
参考文献：
[1] 顾东.微型机床的结构分析及微切削仿真[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2002.
[2] 刘涛，杨凤鹏.精通PATRAN[M].北京：清华大学出版社，2002.
[3] 李国洪.OUT三轴仿真转台结构分析及优化设计[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，1997.
[4] 孙长明.光学仪器工业发展动向和趋势[J].光学仪器，1994，16（2）：34-40.
[5] 袁安富，陈俊.ANSYS模态分析中的应用[J].制造技术与机床，2007（8）：79-82.
[6] 程坤.PCR-80冷辗扩机模态分析及整机刚度多目标优化[D].合肥：合肥工业大学，2005.
（编辑：刘铁英）
“反射弧”结构 篇4
1 模块独立性
模块的独立性越强, 其灵活程度越低。也就是说为了保证模块的独立性, 必须不与其他模块或类型产生依赖关系, 函数的参数不能使用其他模块中的定义类型。所以, 使用通用性强的变量类型作为模块的出入口参数能够保证其较高的独立性。但在以处理复杂数据结构为核心功能的大型应用程序 (如地理信息系统、图形处理系统等) 中, 每一个功能模块都围绕着复杂数据类型 (空间数据、图形数据等) 进行设计。若将模块中处理复杂数据类型的函数参数设计为自定义的复杂数据类型, 必然产生对此种数据结构的依赖, 模块独立性大幅下降。若将参数设计为简单变量, 则失去了定义这个复杂数据类型的初衷, 可理解性变差, 反而使程序开发变得复杂。若将此数据类型作为公用类型, 让所有模块都可访问, 虽然既保证了函数参数的通用性, 也方便了数据处理, 但必然会受到这个公用数据类型的限制, 这个数据类型的改动将涉及所有模块的代码重写, 直接降低了程序的可扩展性能。
2 结构优化原则
该文探讨一种模块的优化组合方法, 在面对复杂数据结构的情况下, 能够提高模块的独立性。这种方法以总线式结构为基础, 利用Microsoft.NET Framework的反射机制作, 管理模块加载和配置, 达到程序的深层次修改和模块多维扩展的目标。此方法遵循的原则是: (1) 灵活的模块组合方式。模块组合的方法操作简单, 结构灵活, 方式多样, 加载的方式必须一致。不仅要求模块可替换、可扩展, 还能实现新老版本模块的交替使用。 (2) 明确的模块间相互依赖关系。所有模块不能依赖于下层模块里的类、属性、字段、方法等, 只能依赖上层模块。所有模块之间的关联, 必须是松耦合关联, 并且关联方式必须通过顶层模块调用。 (3) 简洁的接口设计。简化总线和固定模块的功能, 减小接口的数量和规模, 强化组件、工具的功能, 工具的使用必须采用一致的接口调用。
3 程序结构设计优化
根据软件的业务逻辑模型, 将模块各部件封装成类, 变为独立的整体单元, 自上而下的将模块组合设计为层次结构, 可用树形结构描述。树形结构的根节点位置模块, 就是系统总线。总线并不负责所有子模块的加载, 子模块的加载工作交给另一个中间件完成。总线只是一个容器, 提供所有模块的存储空间和总线资源的引用方法。将总线也设计为模块, 若系统功能改变, 总线也可以像其他子模块一样, 进行替换。模块加载中间件逻辑上位于两个模块中间, 实现宿主模块和多个子模块关联。它为宿主模块提供子模块的加载方法, 并规范子模块, 使之符合被载入条件。为了叙述方便, 将这个中间件命名为Module Loader, 它继承于被命名为IBus的资源调用接口, 让被载入子模块通过接口能够向上搜索, 找到树形结构的根节点—总线, 子模块通过总线调用其模块的各种功能。Module Loader的核心部件是其内部维护了一个可加载类型的配置列表, 当向模块中插入下级模块时, 只需要向此表中添加一个类型, 由Module Loader自动完成对这个类型的所有继承类型的扫描, 并选择符合条件的加载类型, 进行实例化。软件框架搭建时, 让所有可扩展的模块基类都继承于Module Loader类型, 模块的扩展采用继承的方法。这样, 所有的模块都具备载入其它模块和被载入的功能, 并且载入的模块可以被选择和配置。开发者可以实现任意两个模块之间的从属结构关联, 从而构成复杂的程序框架结构。
4 Module Loader的设计
Module Loader的关键功能是实现模块的动态加载。其原理是它实现了对模块子类的扫描功能, 这种扫描功能利用了.NET Framework提供的反射机制 (Reflection) , 该项可以在运行时获得.NET中每一个类型 (包括类、结构、委托、接口和枚举等) 的成员, 包括方法、属性、事件, 以及构造函数等。树形结构中的每个Module Loader中都内含扩展类型配置集, 利用反射的功能, 扫描配置集中类型的子类信息, 检查配置状态, 当条件符合时, 创建这个类型的实现, 加入到实例列表中。当需要扩展一个模块时, 只需要修改其宿主模块的配置集信息, Module Loader会自动搜索到这个类, 实例化该类型, 替换原有模块。Module Loader由两部分组成: (1) 配置工具部分包括:用于存储所有的可扩展类型和状态的集合、用于获取模块子类信息的扫描工具、用于自动创建配置集信息的构造器和用于配置集信息设计和获取的配置器。 (2) 实例化工具部分包括:用于保存所有子模块实例的对象列表、用于根据配置集信息创建模块实例的构造工具、用于增加、删除、替换模块实例的管理工具和用于获取用户所需子模块实例的对象提取工具。这两大部分协同操作, 使Module Loader不仅可以加载、管理不同类型的多种模块, 也可实现对模块不同版本的交替使用, 使程序框架中模块的组合方式更加灵活。
5 命名空间的依赖性
为了提高模块的独立性, 消除模块间的病态关联, 必须明确规范模块间的相互依赖关系。利用命名空间的可视范围来限制模块间相互依赖的规范方法是可取的。因为下层命名空间的对象可以访问上层命名空间的类型, 而上层命名空间的对象是无法访问到下层以及同层其他命名空间的对象资源的。根据软件结构的逻辑关系, 确定命名空间的层次, 顺序, 范围。当结构下层的模块使用另一个命名空间的模块时, 必须通过Module Loader访问顶层的IBus接口调用其它模块对象。并且规定不准使用对下层或同层其他命名空间的直接引用。这样的规范方法, 能够保证所有调用都通过顶层总线, 避免了模块之间的非逻辑性关联, 在一定程序上提高了模块的独立性。
6 接口设计
若说命名空间为模块之间的访问设置了阻碍, 则接口设计就是在不可视的模块之间搭建了相互使用的桥梁, 让其间产生了相互使用的可能。所以模块的接口应位于命名空间的较高层次, 确保特定功能范围内的可视性。接口一旦定义, 一般不轻易修改。因此, 为通用性高的核心固定模块设计接口, 将使用率低, 通用性不高的功能设计为工具, 所有工具只设计一种接口的方法较为合理。工具集内部也可以按功能设计为层次关系, 并用动态加载的方式进行管理。但工具的使用必须采用统一的接口调用方法。这样的设计能够减少接口的数量, 控制固定接口的规模, 减少接口扩展时的代码编写工作量, 从而达到优化程序结构的目的。
7 数据结构调用
数据结构是决定模块独立性的重要关键问题。在专业软件中, 多种基本数据类型聚合为复杂的数据类型, 这种复杂数据类型符合软件业务功能的逻辑模型, 能够便于被各模块分析、处理。但是数据类型一经定义, 很难扩展。当大量模块都使用此种数据类型时, 增加、改变其中的一个变量的名称就可能涉及大量模块的改动。所以数据类型经逻辑分析组装好后, 也可为其设计接口, 模块通过接口调用复杂数据类型的对象。只要接口不改变, 即使数据类型变化, 所有的模块还能通接口调用的方式, 对数据类型继承访问。但使用这种方法时要注意两个问题: (1) 若在子模块中创建复杂数据类型的实例时, 应利用Module Loader提供的方法动态创建数据类型的实例, 并转换为接口类型使用。 (2) 接口中可能会变化的属性, 最好使用泛型集合类型定义。模糊化了的属性类型, 能够保证数据类型的扩展, 不会某些固定类型的限制, 否则也不会达到数据类型可扩展的目的。
8 效率分析
由于对象的多层次引用和动态创建, 配置集的频繁搜索, 大量的封箱、拆箱操作等, 必然会牺牲软件运行的时间和空间效率。但用这种牺牲换取的是良好的模块封闭性和结构的紧凑性。而且, 由于复杂的动态管理功能被封装在Module Loader里, 所以在开发、使用层次的实际操作变得十分简单, 牺牲运行效率的过程一般发生在初始化环境、事务高度和模块运行的起始环节, 在飞速更新的计算机硬件上已经显得微不足道。实际上, 工程师更关心软件的结构、扩展性和局部操作性能 (如空间数据的显示、处理效率) , 只有对局部模块内部的功能不断优化、升级、扩展, 才能真正提高软件的运行效率, 而这样的优化和升级必须建立在良好的结构基础之上的。
9 结语
开放的结构、灵活的扩展方式、弹性的组合方法让软件框架结构的组织变得更加清晰、紧凑, 延长了软件的生命周期。结构设计让程序开发工作能够产生良性的优化机制, 让开发者能够始终站在巨人的肩膀上, 精益求精, 不断创造奇迹, 让工程师有精力将注意力由开发技术研究转化为开发工艺研究。云计算的时代即将到来, 优化模块结构不仅适用于桌面应用程序, 也适用于云端服务单元的创建, 在“软件—服务”这一思潮涌来之时也将大有作为。
摘要：在计算机应用程序的开发过程中, 软件结构的前期设计对代码实现和后期维护、扩展和升级等工作的影响重大, 直接影响软件的代码编写规模、可扩展性等。良好的结构设计能够缩小软件规模, 提高代码的复用率。其中, 总线式结构设计是维持软件可扩展性的一种方法。将软件按功能设计为不同的模块 (插件) , 将这些模块组合在一起, 通过总线管理各个模块协同工作。当软件需要扩展时, 加入新模块或更新旧模块就可以实现。该文讲述的是基于总线式的结构设计方法, 利用.NET框架中的反射 (Reflection) 机制对类型信息的描述能力, 提出一种模块组合结构的优化方法, 用来增强软件的可维护性, 并保持对用户自定义数据结构的处理能力。
关键词：软件开发,结构设计,模块,总线,插件,优化,C#,NET,反射
参考文献
反射弧包括哪五个部分？ 篇5
神经调节的基本方式是反射，反射活动的结构基础称为反射弧，包括感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个部分.反射必须通过反射弧来完成，缺少任何一个环节反射活动都不能完成。
反射弧结构
感受器
一般是神经组织末梢的特殊结构，它能把内外界刺激的信息转变为神经的兴奋活动变化，所在感受器是一种信号转换装置。某一特定反射往往是在刺激其特定的感受器后发生的，这特定感受器所在的部位称为该反射的感受器。
传入神经
具有从神经末梢向中枢传导冲动的神经称为传入神经。相当于所有的感觉神经。实际上把传入神经称为传入(神经)纤维或传入神经元则更为确切。从任何一个感觉部位出发向中枢传导冲动的全部途径称为传入神经径路。
中枢神经系统
是由大量神经元组成的`，这些神经元组合成许多不同的神经中枢。神经中枢是指调节某一特定生理功能的神经元群。一般地说，作为某一简单反射的中枢，其范围较窄，例如膝跳反射的中枢在腰脊髓，角膜反射的中枢在脑桥。
传出神经
传出神经是指把中枢神经系统的兴奋传到各个器官或外围部分的神经。包括植物神经及运动神经。植物神经分交感神经及副交感神经，主要支配心脏、平滑肌、腺体及眼等效应器官，它们从中枢发出后，经神经节更换神经元，然后才到达效应器，因此有节前纤维和节后纤维之分。
效应器
谈谈反射美容祛斑 篇6
反射美容源于临床反射治疗。反射治疗在国际上称为反射学，是指运用人体手、足、耳的反射区诊病，并通过对反射区按摩的方法达到治疗、防病的非药物治疗。在反射治疗的临床观察中发现，有植物神经紊乱失眠、焦虑、头晕、消化紊乱、内分泌紊乱甲状腺、妇科病等的患者，其面部都有不同程度的色斑。在治疗疾病的同时，面部色斑慢慢变浅、消失，而且经追踪观察色斑不反弹。将反射疗法与美容融合成反射美容，可使美容更加科学化。首先，反射美容使美容师能准确分析每位顾客的色斑成因，作到有根有据地为顾客制订祛斑方案，而最重要的是祛斑后不反弹。
反射美容对色斑的分析和治疗
反射学理论认为，双脚有全身所有器官的反射区。国际上统一定为62个反射区，包括生殖、免疫、循环、五官、内分泌、神经、消化、呼吸、运动等所有系统。当身体某器官产生病理变化时不一定有症状表现，在足反射区就有同步的阳性变化，比如：压痛、气泡、条索、颗粒等。对这些反射区进行按摩，其刺激反应就沿人体反射传导系统传导到中枢，再由中枢反射到该器官，从而阻断疾病反射，加强自身的修复能力，使器官病变减轻直到恢复健康。当器官病变消失，反射区的压痛、气泡、条索也随之消失。例如：某顾客脸色黄，面颊处有边缘不清的黄褐斑。足反射区诊断发现脾、胃、肠、肝、胆有阳性反应。对此，中医认为脾主黄。脾胃失调，脸色则枯黄无光泽。做美容时，以阳性区为重点按摩区，一般两个疗程色斑变浅，4～6个疗程色斑消失，不再反弹。
药物祛斑与反射美容相辅相成
反射美容的目的是美容，反射诊断治疗只是辅助的手段。美容顾客都急于把色斑祛掉，所以药物祛斑是必不可少的。当前各种祛斑药物繁多，对一些宣传见效快的产品要慎用。一些含铅、汞的产品，即时效果很好，但会造成皮肤重金属中毒。有些产品虽不含铅、汞，但对皮肤角质层仍有一定的损伤，会使皮肤表面一层层脱落。我们的体会是使用溶斑产品较为妥当，顺应皮肤代谢规律的产品安全性高。综上所述，药物祛斑可使色斑尽快消除，反射美容能使祛斑巩固不反弹，二者相辅相成。
反射美容在国际上的发展状况
空间反射式闪耀光栅支撑结构设计 篇7
某星载温室气体探测仪的主要任务目标是采用光学遥感技术手段, 利用大气气体分子吸收池原理, 精确测量CO2等温室气体的吸收光谱来精确反演大气CO2含量。其中大平面反射式闪耀光栅是该设备的核心部件, 是实现0.04nm超高光谱分辨率光谱测量的关键。
本文针对大平面反射式闪耀光栅的光学设计参数及探测仪总体技术指标要求, 进行了光栅支撑结构的设计。工程分析结果表明:光栅支撑结构设计是合理的, 能够满足工程研制任务要求。
2 光栅设计及其技术指标要求
2.1 光栅外形尺寸
该平面反射式闪耀光栅形状类似于跑道, 其长边、短边尺寸分别为175mm、142mm, 如图1所示。
2.2 光栅技术指标要求
a) 面形精度
光栅由于装调、空间1g重力释放、5℃环境温度变化等外界耦合作用引起的刻划表面波前变化 (PV值) 不大于λ/4, λ为632.8nm;
b) 刚度
光栅组件一阶基频不小于300Hz;
c) 重量
光栅组件重量不大于2.1Kg。
此外, 由于探测仪的杂散光技术指标要求很高, 这就严格禁止光栅刻划表面遭受划伤、腐蚀以及尘埃污染等, 要求光栅在组件级装调、测试过程中必须具有防护措施。
3 光栅结构及其支撑结构设计
3.1 光栅材料选择
平面反射式光栅常用的基体材料有石英玻璃、铝合金、碳化硅 (Si C) 等。由于光栅采用离子束刻蚀工艺制作, 该种工艺对光栅基体材料的导电性及基体外形、厚度等有要求, 因此综合考虑之后, 光栅基体材料选用碳化硅, 主要原因是碳化硅属于半导体材料, 通电之后, 在光栅基体表面易形成等电势, 能够保证光栅刻划的均匀性, 另外碳化硅材料还有热膨胀系数小、比刚度高等优良特性。
3.2 光栅结构及其支撑结构设计
对于平面反射式闪耀光栅, 常用的结构支撑方式有背部中心支撑[1]以及周边支撑[2]两种形式, 光栅的外形尺寸为175mm×142mm, 两种支撑方式都能满足光栅刻划表面面形精度、光栅组件重量、光栅组件基频等指标要求, 但考虑到大平面闪耀光栅的刻划工艺以及严格的防护需求, 最终决定采用周边三点固定方式支撑[3], 光栅卧在安装座中, 这样可以通过设计一块防护板, 保证光栅在组件级装调、测试过程中随时能够处于密闭、受保护的环境中, 避免了尘埃污染, 光栅详细支撑结构设计、光栅基体结构设计以及光栅安装座结构设计分别如图2、图3、图4、图5所示。
光栅基体的三个共面凹台A、B、C分别和光栅安装座的三个共面凸台A、B、C配合接触, 再通过光栅压板靠紧光栅背部限制光栅沿X轴平移以及绕Y轴、绕Z轴旋转;光栅基体的两个侧壁I、II分别和光栅安装座的两个凸台I、II配合接触, 再通过光栅顶板靠紧光栅侧壁III限制光栅沿Y轴、Z轴平移以及绕X轴旋转。光栅安装座侧壁设计有注胶孔, 通过注胶孔注入硅橡胶对光栅进行辅助支撑, 在振动环境中, 胶层起到缓冲、吸振作用。
为了节省重量、提高组件刚度, 光栅背部、光栅安装座设计了矩形轻量化孔。
3.3 消热设计
消热设计的目的是为了抑制由于温度变化导致的光栅支撑结构的变形对光栅结构的扭曲作用。光栅基体材料为碳化硅 (Si C) , 光栅安装座材料选择了殷钢 (4J32) , 原因是殷钢的热膨胀系数可调, 能够与碳化硅材料的热膨胀系数基本匹配。但由于两种材料的热膨胀系数不一定能做到完全匹配, 因此需要通过合理设计零件间的配合尺寸来弥补两种材料的热膨胀系数匹配残差, 沿光栅刻划表面法线方向 (X向) 的消热设计原理如图6所示。
碳化硅、钛合金材料的热膨胀系数分别为2.39E-6/℃、8.9E-6/℃, 订制的殷钢材料热膨胀系数为2.61E-6/℃, 假设温度变化Δt℃, 则按照图6所示的零件布局及相关尺寸, 只要h能满足等式 (1) , 则既能保证光栅压板和光栅之间保持接触状态, 却又无接触应力, 即实现了消热设计。
经过计算, 满足等式 (1) 的h值为0.525mm, 沿光栅刻划表面面内 (Y向和Z向) 的消热设计采用同样原理。
4 工程分析
分析了光栅组件的固有模态以及空间1g重力释放与5℃环境温度变化耦合作用下光栅刻划表面的面形变化情况, 并根据分析结果对光栅本体结构及其支撑机构进行了优化设计。
4.1 有限元模型
采用Patran软件建立了光栅组件的有限元分析模型, 绝大部分网格单元采用六面体单元, 光栅组件的有限元模型如图7所示。
4.2 热、力耦合分析
分别分析计算了光栅组件在X、Y、Z三个方向1g重力释放与±5℃环境温度变化耦合作用下光栅刻划表面面形精度变化情况, 并根据计算结果进行了迭代优化设计, 最终分析计算结果如表1所示。
从表1可以看出, 在Y向1g重力与+5℃温升耦合作用下光栅面形变化相对较大, 但仍满足指标要求, 该工况光栅刻划表面的变形云图如图8所示。
4.3模态分析
采用Nastran软件分析了光栅组件的固有模态[4], 光栅组件首阶固有模态频率为1223Hz, 首阶模态振形如图9所示。
4.4 工程分析结论
从有限元分析结果可以看出, 光栅组件的模态频率足够高, 不会与探测仪主体结构发生振动耦合;消热设计能够消除光栅支撑结构的变形对光栅结构的扭曲作用。
5 结束语
本文针对某星载温室气体探测仪光栅元件的光学设计及其技术指标要求, 进行了光栅支撑结构的设计。工程分析结果表明:光栅的支撑结构设计是合理的, 能够满足仪器对光栅及其支撑结构的静态刚度、动态刚度、热稳定性、重量等要求, 消热设计能够有效抑制光栅支撑结构的变形对光栅结构的扭曲作用, 目前该种光栅支撑技术已经在航天工程项目中得到实际应用。
摘要：本文基于有限元分析方法, 采用适合中、小型光学元件的周边支撑结构形式, 进行了某星载温室气体探测仪大平面反射式闪耀光栅支撑结构的设计。通过对光栅组件进行有限元建模, 以及固有模态、静力学、动力学、光机热集成分析, 优化了支撑结构设计, 使得光栅组件基频>300Hz, 在±5℃均匀温度变化和1g重力耦合作用下, 光栅刻划表面波前面形精度仍符合光学设计要求。最终工程分析结果表明:大平面反射式闪耀光栅的支撑结构设计是合理的, 光栅组件固有一阶频率高, 抗重力变形能力、抗震性能均能满足仪器总体设计指标要求, 通过选用不同热膨胀系数的结构材料及合理设计零件配合尺寸等消热设计手段有效抑制了光栅支撑结构的变形对光栅结构的扭曲作用。
关键词：反射式闪耀光栅,支撑结构设计,消热设计,有限元分析
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“反射弧”结构 篇8
关键词：沥青路面,碎石基层,反射,裂缝,运用
在近几年内, 伴随着我们国家的普通公路和高速路交通事业蓬勃的发展, 我国的公路建设屡创新高, 在道路的修建上也非常广泛地采用了各种不同类型的复合型路面结构, 比如:用沥青将水泥路面罩面, 加铺沥青路面以及加铺各类的磨耗层等等。现在的车流量随着时间的推移日益增加, 各种旧的路面逐渐将病害反射到了加铺层上, 尤其是以反射层的裂缝为常见问题。所以, 研究碎石基层在防止沥青路面的反射裂缝结构上进行实践运用探究对延长我们路面的使用寿命, 以及降低平时的养护费用等问题上都具有非常重大的意义。
1 反射裂缝产生的有关机理
对于我们原有的路面, 各个板缝以及路面的裂缝不能够承受剪应力和拉应力, 所以当车辆在行驶过一些不连续裂缝板体的时候, 裂缝两侧的相邻板块之间就会产生竖向方向的位移, 因此而出现的就是较大的剪应力, 像这样的剪切应力如果直接地反射到了裂缝或者是接缝的顶面沥青面层, 那么就会形成一个应力的集中。当此集中的应力达到了一定的强度, 甚至超过了面层强度时则会导致面层的开裂, 这也就是沥青的加铺混凝土层为何产生出荷载型的反射裂缝的一个主要原因。
与此同时, 由于受到气温的周期性变化影响, 普通的旧路面层以及沥青的加铺层都会在一定程度上发生热胀冷缩的现象。
2 碎石基层防止反射裂缝产生的原因
采用一些优质级配的碎石来作为上基层能够非常有效地减少和防止半刚性基层由于收缩而引起的相关反射裂缝, 这是因为:
1) 碎石材料一般属于散粒体, 所以密实紧凑的碎石基层虽然具有很高的抗压能力但是却不能够承受住较大的拉力, 因此不能够传递下卧层所产生的拉应变和拉应力;2) 由于是散粒体, 所以不会在外部环境因素的作用下而收缩, 因此它是稳定的;3) 隔离的作用可以减少下卧的半刚性基层受到湿度和温度的影响, 从而可以进一步地减少此半刚性基层在一定程度下产生的收缩。
另外, 由于级配碎石跟其下卧的半刚性基层联合组成的路面“组合基层”因下卧层的刚度较大, 导致碎石上基层由此易获得较高的喇度和高压实度。组合的作用使得路面更兼具刚柔, 在受力上也是更为合理。有研究表明, 对于此种结构, 我们只要对于级配碎石的材料的千缩料、温缩料组成的结构厚度进行科学的施工与组合, 精心地设计, 就能够取得很好的效果。
3 碎石基层的实践运用
3.1 结构厚度的组成设计
由于沥青面层弯拉的应力在很大程度上控制着我们沥青路面疲劳和破坏的强度, 同时沥青面层它的厚度也直接地影响到它的弯沉度, 但是仅仅通过提高它的厚度来解决这一问题是不够科学, 也是不经济的, 所以, 为了保证我们路面的整体结构达到一定的强度, 土基回弹的模量值必须要超过80MPa这一值, 半刚性的基层材料往往会因为回弹的模量范围变化不大, 所以对于弯沉的影响也就不大。通常, 半刚性的基层和底基层的总厚度应当大于35cm~40cm, 对于半刚性的基层底面所受的弯拉应力来讲, 底基层的厚度和土基与模量之间的那个模量比就是最为主要的一个影响因素, 在半刚性的基层总厚度一定的时候, 一般取基层厚与底基层厚为2:3为最宜, 只有这样才能够使它的弯拉应力处于较小的一个值, 才能较为有效的避免首先破坏底基层。
3.2 具体的施工工艺控制
首先, 施工质量的优良是我们级配碎石基层的防裂结构取得成功的关键所在, 它的结构除了半刚性的底基层、沥青面层及基层的施工需要严格地去执行特定的施工规范以外, 还需要对碎石基层施工充分注意到以下的几个方面。
1) 严格地控制好原材料的质量
在料场的石料必须要做到干净和无杂质, 它的压碎值要处于一个规定的范围内, 还有细料塑性指数和针片状的石料含量也都均需要符合相关要求。
2) 拌和
在混合料的拌和过程中应当采用最佳的含水量来集中进行场拌, 以便于严格地保证级配, 以及定期的取料检查, 假如有偏差的话就可以迅速地进行调整。
3) 摊铺
摊铺时尽量使用摊铺机来进行实际作业, 这样能够使碎石级配平整、均匀。如果不能具备此条件, 也应当使用平地机来进行摊铺, 这样能够避免混合料的离析。
大量的实践证明, 采用了振动来进行碾压成型的路面往往能够获得更高的密实度。对于初压及终压使用12吨以上的三轮式压路机, 而中压则用振动型压路机, 将整个碾压的过程控制于6遍~8遍, 力求密实度能够接近l00%。另外, 级配碎石有较强的湿度适应性, 所以压实的过程可以在等于或大于最佳的含水量下进行, 就可以不但降低骨料间摩擦的阻力, 还能有利于压紧、压实, 最佳的含水量可适当大于1%~2%甚至更多。
4 结论
通过以上的论述, 我们了解到防治反射裂缝是我国道路建设或补修过程中遇到的一个普遍性问题, 碎石基层对于沥青路面反射裂缝结构的防治是我们较为常用的一种方式方法。我们还需在实际的实践操作过程中综合采用多种方法, 将我国的公路路面质量保持在一个较高水平。
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“反射弧”结构 篇9
微结构光纤(Microstructured optical fiber, MOF)又称多孔光纤(Holey fiber, HF),其中包层空气孔高度有序排列的MOF称为光子晶体光纤(Photonic crystal fiber, PCF)[1]。微结构光纤因其具有传统光纤所无法比拟独特的光学性质而倍受瞩目。其中像柚子型这类光纤,因其具有较大的空气孔便于填充敏感材料和较低的损耗[2],更因被提出这种光纤可作为多参量传感器[3,4],而成为当前的一个研究热点。我们把空气孔尺寸远大于传输光波长(几十微米)的MOF称为大空气孔微结构光纤,图1为三种典型大空气孔微结构光纤截面图[2]。
光纤光栅自1978年发现以来已经得到了长足发展,而MOF的出现,则使基于MOF的光纤光栅再次成为研究热点。目前,关于微结构光纤光栅的研究方法有许多种[5,6,7,8,9],但由于微结构光纤光栅的复杂结构,不同方法适于不同的光纤光栅结构。比如平面波法是一种物理概念比较明晰的方法,但其计算精度和速度都比较低,一般只用于对光子晶体光纤能隙的分析。文献[5,6]提出了一种快速的有效折射率方法,但只适于空气孔排列规则且填充系数较低的光纤光栅[6,7]。本文使用较精确的有限元方法和耦合模理论对典型的具有大空气孔结构的圆孔型微结构光纤Bragg光栅(MOF-FBG)进行了模拟,分析了结构参数对其反射谱的影响。
1 理论基础
对微结构光纤光栅的求解,一般都是先通过数值方法求出光纤的模场分布和每个模式对应的传输常数或模式有效折射率,然后应用耦合模理论求出各模式对应的反射峰。本文应用基于有限元方法的COMOSL软件结合耦合模理论对大空气孔微结构光纤Bragg光栅进行了模拟计算分析。
1.1 有限元理论
有限单元法(Finite element method),简称有限元法,在分析光波导的模场中具有较高的计算精度,且可适用截面是任意不规则形状,材料折射率任意组合的情况,因而被广泛使用,目前已成为分析微结构光纤的重要手段之一[10]。
有限元法的基本思想是依据光在微结构光纤中的传输满足麦克斯韦(Maxwell)方程,所以从麦克斯韦方程出发推导出在微结构光纤中传输的光所遵从的本征方程为[11]:
其中εr为介质的介电常数,μr为介质的磁导率,ω为角频率,c为真空中的光速,电场和磁场强度分别表示为
COMSOL Multiphysics是一种基于有限元方法进行多场耦合的模拟软件,通过它可以使复杂的微结构光纤计算变得很简单,本文对微结构光纤的模式特征的计算主要基于此软件。
1.2 耦合模理论
在MOF-FBG中,与入射光反向传输纤芯模式的谐振波长可由Bragg条件λB=2·nco·ΛFBG决定,其中λB为布拉格波长, nco为光纤中基模的等效折射率;ΛFBG是布拉格光纤光栅周期。
根据耦合模理论,在光栅内传播的模场,如果光纤纤芯模式与反向传导的包层模式满足如下相位匹配条件:
其中β01是基模的传播常量,βclad.i是第i阶包层模传输常量,则第i阶包层谐振波长为:
其中nclad.i为第i阶包层模式有效折射率。
各谐振峰的强度与耦合系数成正比,耦合系数定义为:
其中,κi代表第i阶耦合系数,Ei(x,y)代表第i阶参与耦合的包层模的电场分布,Eco(x,y)则是芯模的电场分布,λi为第i阶谐振波长,Ω为纤芯光栅区域[12]。
2 模拟结果及其分析
我们选择基于图1(c)所示的圆孔型微结构光纤(MOF)制作的微结构光纤Bragg光栅(MOF-FBG)为研究对象。数值计算中参数选取为:衬底折射率n=1.446 6,掺锗纤芯折射率ncore=1.456 6,空气孔直径d=39 μm,孔间距Λ=40 μm,纤芯直径a1=8 μm,内包层a2=2Λ-d=41 μm,外径a3=125 μm,光栅周期ΛFBG=0.5 μm,光栅折射率调制幅度Δn=0.000 1,光栅长度L=20 mm。
2.1 参与光纤光栅耦合的模式特征
根据耦合模理论和公式(3),可知只有那些场分布与纤芯光栅区域重叠的模式才有可能通过相位匹配条件被激发,并且谐振峰强度取决于该模式与芯模电场的重叠积分。通过对圆孔型MOF的模拟分析,我们得到LP01、LP02、LP03、LP04四个在纤芯栅区有场分布低阶模式,各模式的场分布如图2所示。
图2表明模式LP01由内硅层或者空气孔层限制在纤芯内,属纤芯模式,可参与形成芯模谐振峰;而LP02、LP03、LP04则是由空气孔层限制在内硅层中,属包层模式可分别与芯模耦合形成第一二三阶包层谐振峰,这也说明了大空气孔MOF-FBG的多反射峰特征。
2.2 纤芯半径对大空气孔光纤光栅反射谱的影响
我们取入射光中心波长λ=1.55 μm,纤芯直径a1在5 ～10 μm之间变化。计算得到光栅Bragg波长和第一第二阶包层谐振波长随纤芯半径的变化曲线如图3所示。由图3可知在其他参数不变的条件下Bragg反射谱波长和第一第二阶包层谐振波长随纤芯半径的增大而向长波长方向移动,与文献[3]所得结果一致。根据Bragg条件λB=2·nco·ΛFBG,Bragg反射谱波长的移动是因为芯模有效折射率nco随纤芯半径增大而变大,而根据相位匹配条件公式(4),nco的增大会使包层谐振峰的中心波长随着向长波长方向移动,即使包层模式有效折射率没有明显变化。
2.3改变包层空气孔半径大小对大空气孔光纤光栅反射谱的影响
为研究空气孔的影响,气孔直径d在20 ～48 μm之间依次取值,孔间距取为Λ=d+1(μm),根据内硅层半径公式a2=2Λ-d(μm)得a2随空气孔半径增大而增大。其他条件不变的条件下,我们得到光纤光栅反射峰波长随空气孔半径增大的变化曲线如图4所示。图4表明芯模反射峰波长(曲线A)和第一第二阶包层模谐振波长(曲线B、C)受空气孔半径变化的影响不同,A基本不受空气孔变化影响,B、C随空气孔增大向长波长方向移动并趋于各自稳定波长,此外C相对于B受空气孔半径的影响较大。这是因为大空气孔MOF结构可以明显的划分为纤芯、内硅层和空气孔层三层结构,芯模谐振峰主要受纤芯半径和内硅层折射率影响。第一第二阶包层谐振峰在内硅层中传输,随内硅层半径由小变大,包层模式有效折射率不断增大,其对应的波长想长波长方向移动;随内硅层半径的不断增大,低阶包层模逐渐处于远离截止状态,其模式有效折射率和对应的波长也将趋于定值。
2.4空气孔中填充材料的折射率变化对圆孔型微结构光纤光栅的反射谱的影响
假设空气孔中填充了液晶等材料,其折射率随环境变量的变化在1～1.44之间依次取不同的值,然后我们计算了空气孔中填充材料折射率随环境变量的变化对圆孔型光纤光栅的反射谱的影响。如图5所示,曲线A、B、C、D依次对应芯模谐振峰和第一二三阶包层谐振峰对应的反射谱中心波长随填充材料折射率变化的曲线。图5表明,芯模谐振峰波长(曲线A)受填充材料的折射率变化的影响很小,基本呈直线,这主要是因内硅层的存在,纤芯模式谐振峰的形成主要受纤芯和内硅层的作用;第一二三阶包层模式谐振峰(曲线B、C、D)受填充材料折射率的变化影响较大,随填充材料折射率的增大而向长波长方向移动(第三阶包层模式谐振峰波长在n=1.4～1.44之间偏移了224.5 pm),且填充材料折射率越接近基底材料(玻璃)的折射率,包层模式谐振峰的偏移量越大;同时从图中可以发现第三阶包层模式谐振峰(曲线D)比第一二阶包层模式谐振峰(曲线B、C)随填充材料折射率的变化偏移值较大,这说明包层模式中阶数最大的谐振峰受外包层的影响最大。
3 小 结
从上面的分析可以看出,大空气孔微结构光纤Bragg光栅与普通Bragg光栅相比具有部分相似的性质,比如两类光栅的反射谱都随纤芯半径增大而向长波长方向漂移;同时这类光栅也有自己特殊的光学性质,比如与普通光子晶体光纤光栅相比,这类光栅具有多谐振峰结构;此外他们的结构参数对反射谱的影响也不同,在其他参数不变的条件下,芯模谐振峰随空气孔半径的增大不变而包层模式谐振峰则向长波长方向漂移,普通光子晶体光纤Bragg光栅则与此不同。模拟结果还证明纤芯模式谐振峰不会因包层中填充材料折射率的变化发生漂移,而包层谐振峰则会随填充材料折射率的变大向长波长方向漂移。这些特殊的光学性质一方面可为新型微结构光纤Bragg光栅的设计提供依据,另一方面则为利用大空气孔微结构光纤Bragg光栅的多谐振峰特性设计和实现多参量传感器提供理论依据。
摘要：采用有限元方法和耦合模理论,分析了圆型大空气孔微结构光纤B ragg光栅的光谱特性,并进行了数值计算。结果表明,随纤芯半径的增大,此类光纤光栅纤芯模式和包层模式的谐振峰向长波长方向漂移。随包层空气孔半径的增大,包层谐振峰向长波方向漂移,并逐渐趋于稳定值。随包层空气孔中填充材料折射率的增大,纤芯模式谐振峰中心波长不变,而第一二三阶包层谐振峰向长波长方向具有明显漂移。
关键词：微结构光纤,光纤布拉格光栅,有限元方法,耦合模理论
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[11]吴重庆.光波导理论[M].北京:清华大学出版社,2000.
“反射弧”结构 篇10
光子晶体光纤(PCF)自问世以来,由于其独特的光学性质而备受关注。在问世之初,人们就尝试在PCF中写入光纤光栅,从而制作光子晶体光纤光栅(PCFG)。这种PCFG具有设计自由度大、波长调谐范围宽的特点,可适用于多参量传感等[1]。研究PCFG的光谱是详细描述其模式的有效方法,因此,研究PCFG的反射谱是很有意义的。本文将结合耦合模理论和传输矩阵法对PCFG的反射谱进行研究。
1 理论基础
目前对PCFG的研究方法有光束传播法、有限元法和有限差分时域法等,本文采用耦合模理论和传输矩阵法对PCFG的谐振峰特性进行研究,使用MATLAB工具进行仿真,得出了PCFG的反射谱特性。此方法理论清晰,运算量小,所得结论与相关文献[2,3]结论一致,证明此方法是正确可行的。
1.1 耦合模理论
根据电磁场的麦克斯韦方程、理想波导的微扰条件、慢变振幅近似、模式性及相应的边界条件,经耦合模理论推导可得到均匀光栅的反射系数[4]:
式中,ζ为直流自耦合系数,定义为ζ=δ+φ,δ是一个与光栅的Z方向无关的量,定义为
1.2 传输矩阵法
通过推导耦合模方程可得到解析解,但是分析过程十分繁琐。为此,Agrawal等人提出了传输矩阵法。该方法将结构复杂的光栅分成一系列小的均匀周期的光纤光栅,先计算出每一个小的均匀周期光纤光栅的传输矩阵,然后利用矩阵相乘运算求出整个光栅区域的光谱特性。
设长度为L的光纤光栅被分为M个小的均匀周期光栅,经过M个小光栅的前向和后向传输光的模场振幅分别表示为A+M和B+M,则有
用来表示光栅相位和幅度的变化,式中,κ、ζ、
在上述理论模型结果的基础上,我们就可以模拟出不同包层结构的PCFG的反射谱。
2 数值结果
为了进行比对,我们使用RSoft软件对图1所示的5层正六边形结构光子晶体光纤PCF1和PCF2分别进行了分析和计算。图1中PCF1的结构参数如下:孔间距Λ=10 μm,包层空气孔的直径dair=3 μm,占空比dair/Λ=0.3。PCF2的结构参数如下:孔间距Λ=10 μm,包层空气孔的直径dair=6 μm,占空比dair/Λ=0.6。两种PCF的其他条件一致,包层均为SiO2材料,在波长为1 550 nm处,折射率为nsio2=1.446 6,纤芯掺锗,纤芯折射率为ncore=1.456 6,芯径dcore=2 μm。
用RSoft软件对PCF1和PCF2进行数值模拟,计算两种PCF中可传输的模式,结果如图2所示。PCF1对应dair/Λ=0.3,由于此时dair/Λ<0.4,符合单模传输条件,所以PCF1中可传输的模式只有基模mode0。PCF2对应dair/Λ=0.6,此时dair/Λ>0.4,不符合单模传输条件,因此PCF2可传输的模式有基模mode0和两个包层模mode1、mode2。
在上述结构的PCF1和PCF2中刻写光栅,光栅的参数如下:光栅长度L=3 cm、折射率调制深度Δn=0.000 1,光栅周期Λ=536 nm。利用传输矩阵法对上述PCFG进行仿真,这里将光栅分为100段,即M=100,仿真结果分别如图3和图4所示。图3中只有一个谐振峰,位置在1 550.1 nm处,这是因为此时PCFG只支持单模,光谱中的谐振峰是正、反向传播的基模耦合的结果。
图4中共有3个谐振峰,谐振峰A是前向传输基模与反向传输基模耦合形成的。而谐振峰B、C是前向传输基模与反向传输的包层模耦合形成的。A、B、C分别对应PCF2内传输的mode0、mode1和mode2,位置分别在1 549.6、1 547.5 和1 546.1 nm。相邻谐振峰间距为纳米量级, A-B间距为2.1 nm,B-C间距为1.4 nm,基模谐振峰与第一阶包层谐振峰的间隔略大于相邻各包层谐振峰间隔。各包层模谐振峰强度与基模谐振峰强度可比拟,这是由于各包层模式在纤芯光栅区域的电场较强,与纤芯模式电场的重叠积分较大的缘故。由于各包层模和基模具有不同的温度敏感性,因此可以利用不同的谐振峰实现多参数的同时测量。研究PCFG的这种多谐振峰特性对于多参量传感有着重要的意义。
为了研究纤芯直径对PCFG反射谱的影响,我们在PCF2参数的基础上研究了不同纤芯尺寸PCFG的反射谱。在dair/Λ取0.6的情况下,分别对dcore为1 、2和4 μm的PCFG的反射谱做了仿真,图4、图5和图6分别是dcore=2 μm、dcore=1 μm和dcore=4 μm时的反射谱。可见,当dcore=1 μm时,反射谱有双谐振峰,其谐振波长分别为1 547.2和1 548.85 nm;dcore=2 μm时,反射谱的谐振峰为3个,对应的谐振波长分别为1 546.1、1 547.5和1 549.6 nm;dcore=4 μm时,反射谱的谐振峰有4个,对应的谐振波长分别为1 547.47、1 547.86、1 549.13和1 552.53 nm;其中谐振波长值最大的谐振峰皆对应PCFG中传输的基模,其余的谐振峰皆对应传输的包层模。
仿真结果表明,随着纤芯直径的增大,谐振峰的数量随之增加,这是由于随着纤芯直径的增大包层模的相位匹配条件被激发。从图中我们还可以得知,随着纤芯直径的增大,反射谱整体向长波长方向漂移,这是由于随着纤芯直径的增大,各传输模式的有效折射率减小,从而导致谐振波长向长波长方向漂移。
3 结束语
本文对PCFG的传输特性进行了研究,利用RSoft和MATLAB工具对PCFG的反射谱进行了计算,并仿真了不同包层结构和纤芯尺寸的PCFG的反射谱。由仿真结果可以看出,占空比和纤芯尺寸是决定PCFG反射谱的关键因素。在本文仿真的结果中,当占空比取0.3时,PCF中是单模传输,PCFG只有一个谐振峰;当占空比取0.6时,PCF中存在3个传输模式,此时PCFG的反射谱中有3个谐振峰。可以看出PCFG中谐振峰的个数与PCF中传输模式的个数是一致的。当占空比取0.6, 芯径分别取1、2和4 μm时,反射谱的谐振峰数量分别为2、3和4,随着纤芯直径的增大,PCFG的谐振峰数量增多;且PCFG的反射谱的谐振波长随着纤芯直径的增大向长波长方向漂移。因此,在设计多参量传感的PCFG时,应合理设计包层结构和芯径尺寸,以得到满足设计需求的多谐振峰。
参考文献
[1]赵勇.光纤光栅及其传感技术[M].北京:国防工业出版社,2007.30-55.
[2]Liu Jian-guo,Kai Gui-yun,Xue Li-fang,et al.TheAnalysis of Microstructure Optical Fiber Bragg GratingResonant Peaks[J].Laser&Infrared,2006,36(5):369-373.
[3]Liu Rui,Qu Rong-hui,Cai Hai-wen,et al.Analysisof the Transmission Spectral Characteristics of FiberBragg Grating in Photonic Crystal Fibers[J].ActaOptica Sinica,2006,26(7):1007-1012.
[4]Siahlo AI,Oxenlowe L K,Berg K S,et al.A highspeed demultiplexer based on a nonlinear optical loopmirror with a photonic crystal fiber[J].IEEE PhotonTechnol Lett,2003,15(8):1147-1149.
[5]Radek Helan.Comparison of Methods for Fibre BraggGrating Si mulation[J].ISSE St Marienthal,2006,(29):161-166.
角膜反射 揭示旁人 篇11
科学家发现，一个人的肖像照的眼中，可能生成摄影师或靠近被拍照者的影像。这些附加影像以反射图像的形式，出现在被拍照者的眼睛里。就算反射图像经过强化后看起来也模模糊糊，它们依然携带着足够的细节信息，因而能让其他人辨认出反射在被拍照者眼睛里的人。多个科学团队正在探寻这一被称为角膜成像的方法。该方法可能有广泛用途，如犯罪调查和侦查（甚至重建被拍照者所在的直接环境），又如高级电脑绘图、面部和虹膜辨认及机器人学。
这方面研究大多都涉及眼部特写和复杂的计算机处理，目的是产生清晰的反射图像。但科学家指出，对辨认犯罪嫌疑人来说有用的图像不一定必须很清晰，这是由于人类拥有非凡的模式或图案识别能力。如今，运用现成的图象处理软件，对一般数字相机拍摄的图像进行强化，就能重建人脸。此外，尽管提取反射自角膜的人面像甚至全身像已非首次，但利用眼睛反射图像辨别原本难以辨别的隐蔽旁人，却是首次得到证明。
在实验中，科学家采用高级数字相机和照相馆照明，为5名志愿者拍摄证件相片风格的坐像。同时，也为这5名志愿者拍摄在他人眼中呈现的角膜反射图像（靠近摄影师站立）。接着，科学家让两组人尝试匹配证件照片和处理过的角膜反射图像照片，其中还有不是这5名志愿者的其他一些人的证件照片作干扰。实验结果显示，对5名志愿者都不熟悉的一组人，他们将角膜反射图像照片与证件照片对应起来的成功率为71%（运用了正确识别匹配或排除不匹配的方法）。那么，熟悉这5名志愿者的另一组呢？正确匹配率高达84%。
接下来，一位代号J的男科学家与5名志愿者排成一线，调查10名新的志愿者（他们对这项实验不熟悉，但熟悉J）是否能一下子就把他与其他人区分开，以及这种区分的信心度。这项实验意在模拟：警方让可能的嫌疑人站成一排，让目击者从这排人当中指认嫌疑人。结果，10名志愿者中有9人从模模糊糊的角膜反射图像照片中认出了J，信心度为80%。科学家得到的结论是，角膜反射图像不仅可能与同一个人已有的高质量图像匹配，而且能让某个人辨认出他（她）知道的那个人。这让科学家很惊讶，毕竟基于角膜反射图像的清晰度很差。
在从他人眼中提取反射的面部信息方面，这项研究代表着一种初始探索。但该方法作为一种法医学工具的用途还远远未得到证明，因为在真实案例中存在太多可变因素。实施绑架或性骚扰的罪犯，不太可能被高端数字相机以39兆像素的分辨率拍摄下来，更何况这样的拍摄还需要很高的光照条件。另外，在这项实验中，对照片进行匹配依然是一种主观活动，基本上就是给出一种意见。如果能直接测量角膜反射图像的某个方面，例如反射图像中某人的两个瞳孔之间距离，再与对同一个人高像素照片中同一参数的测量结果对比，那么肯定会更好。这种客观测量结果的可信度当然也会更高。
参与这项研究的科学家承认，照相机像素确实是一个问题，但随着技术不断进步，也许要不了多久，一般的智能手机也将具有超高像素的摄像头。最终，角膜反射图像识别的关键可能不在于照相机的像素，而在于参与识别的人。换句话说，找到最佳辨认者（那些熟悉相关面孔的人），可能比获得最好的图像更重要。
放大被拍照者眼睛部位，显露隐蔽的旁人