毕业论文设计基于mems的oxc结构设计及其应用研究.doc

基于MEMS的OXC结构设计及其应用研究摘 要随着通信需求的快速增长,密集波分复用(DWDM)网络获得了极大的发展,虽然主干道的传输速率已经很高,但是节点中的交换目前仍然是电的交换，由于传统网络在光层缺乏可操作性，人们又急需实现光域的优化、路由、保护、恢复功能，所以人们就提出了光交叉连接(OXC)这个概念。全光交换是光纤通信网的发展方向, OXC是全光交换的核心,光开关作为OXC的关键器件,是当前光通信领域的研究热点,同时MEMS光开关由于其众多优点也已成为微机电系统的一个重要研究方向。本文首先分析了OXC的基本原理和结构，表明OXC在设计中的重要性，然后比较几种不同的光开关的优缺点，最终选择了优点比较多的MEMS机械性光开关作为本设计的主要部件，把MEMS应用到OXC中，设计出了一种新型的光开关结构。关键词：光通信，MEMS, OXCThe Design of OXC Construction Based on MEMS and Its Application ResearchAuthor:Yang ruihuaTutor:Li LipingAbstractWith the rapid growth of communication needs, Dense Wavelength Division Multiplexing(DWDM) gains great development. Because traditional network lacks operability in light layer and people are in dire need of realizing the optimize, route, protection and restoration function, people raise the concept of Optical Cross Connection(OXC). All optical switching is the development direction of optical fiber communication network, and OXC is the core of all optical switching. Photo-switch, as the key device of OXC, is the research focus of the current communication field, meanwhile MEMS optical switching has an important research direction in MEMS because of its various advantages.This thesis firstly analyses fundamental principles and construction of OXC and manifest the importance of OXC in this design, then compare the relative merits of several different kinds of optical switching, finally chooses MEMS optical switching which with more advantages as main component of this design by applying MEMS into OXC, work out a new type of optical switch structure. Key words: Optical communication,Micro-Electro-Mechanical Systems, Optical Cross connector 1绪 论21世纪，随着社会信息化的普遍提高，通信容量和光纤速度也在相应的提高，目前通信网的主要组成部分是传输和交换，二者在日常应用中也在不断的发展和革新。通信网中交换系统的规模越来越大，传输交换速率也越来越高，由于交换节点受“电子瓶颈”的束缚所以当今电子交换和信息处理网络的发展已经接近极限，而OXC的出现可以缓解这一“电子瓶颈”的束缚，它可有效解决节点交换速度滞后于传输线路的现状，在光域中把输入端的任一信号可控地连接到输出端的任一光纤中1。OXC是光传送网和自动交换光网络的核心设备，兼有复用、交叉连接、保护/恢复、监控和网管等多功能，OXC具有诸多优点，它有多个标准的光纤接口，对于提高节点交换速度以及网络扩容有非常重要的作用，同时具有传输容量大、组网灵活、网络具有可扩展性和可重构性、易于升级、可透明传输各种格式的不同速率等级的信号，能够同时适应用户信号种类和服务种类不断增长的需求等。 目前世界各大电信供应商竞相研究光纤传输网络节点OXC，其中部分设备已经通过现场实验，并取得了很大成功。例如欧洲RACE计划OSCAR(R1033)项目完成的OXC样机用于本地网络。交叉连接矩阵为88严格无阻塞结构，由4个无极性的LiNbO3 44 空分交叉连接矩阵和16个无极性的LiNbO3 12 空分交叉连接矩阵组成。LiNbO3 44空分交叉连接矩阵内部结构由24个12交叉连接单元组成，是基于半导体技术的二维矩阵。OXC的每个输入端都有再生器用于检测信号是否丢失和补偿塞入损耗，OXC的管理由计算机完成。1992年在部分OXC节点组成的网状光纤网络上进行了实验，用于传输140Mbit/s的视频信号，成功地验证了光纤链路的快速保护倒换、路由选择和网络重置等功能。日本NEC公司研发了88 LiNbO3 光交叉矩阵，由64个无极性定向耦合开关单元组成，所有开关单元都以简单树形结构(STS)的形式集成在LiNbO3芯片上。芯片大小为110mm12mm6 mm，塞入损耗小于12dB，串音(光)小于-18 dB，并与光放大器配合，这种矩阵级联使用。NEC公司研制的OXC采用5级交叉连接矩阵级联，容量为128128。实验用于交叉连接STM24、STM21、HDTV等宽带信号。英国BT实验室研制的OXC在波分复用系统应用，将WDM技术与空分技术相结合。并且在伦敦地区的本地网络上进行了现场实验，传输速率为622Mbit/s，实验内容包括网络的重新配置、网络保护、路由选择等，并测试了网络中的光衰减和误码率2。此外，Siemens、Bell实验室、NTT、Ericsson等国外大公司所属实验室对OXC的结构、应用及技术也进行了类似研究和实验13。国内的中兴，华为，大唐等通信巨头近年来也在大力发展OXC技术，国家“863”计划“九五”二期重大项目光交叉连接（OXC）分项也成功通过国家的验收。可以预期OXC会成为下一代光网络的核心设备，然而OXC的结构决定了它的性能和功能，所以研究新型OXC结构有着重大的意义。本文分3个部分进行讨论，首先介绍了光开关的传统应用和在DWDM系统中的应用，并且介绍了空间光开关的分类以及各种空间光开关的结构和工作方式，分析了几种不同的光开关的优缺点和光开关在国外内的发展状况。然后讨论了OXC的主要特点和工作原理及OXC的基本模块，最后在现有OXC结构的基础上提出简单的改进方案，并分析了它的工作原理，组成模块以及优缺点，对其应用前景进行了评估。最后把设计的MEMS应用到OXC结构中。2 OXC的结构及工作原理2.1 OXC的工作特点1、OXC的发展随着光网络节点设备的容量越来越大，科技技术的发展和密集波分复用的大规模应用，对网络的生存性提出了更高的要求，光交叉连接器（OXC）是构成光传送网络（OTN）的重要节点设备，它可以集传输与交换于一体，具有传输容量大、组网灵活的优点，而且网络具有可扩展性和可重构性、易于升级、可透明传输各种格式的不同速率等级的信号，能够同时适应用户信号种类和服务种类不断增长的需求等等3，OXC是对光信号交叉连接，继而交叉容量，交叉连接速率和接入速率都很高，且无需时钟同步和开销处理，而DXC是对电信号交叉连接，因而受电子元件的限制，交叉连接速率和接入速率都比较低。目前纤传输网络节点OXC部分设备已经通过现场实验，并取得了很大成功，世界各大电信供应商竞相研究光纤传输网络节点OXC。英国BT实验室将WDM技术与空分技术相结合，研制的OXC在波分复用系统应用，并且在伦敦地区的本地网络上进行了现场实验，实验的传输速率为622Mbit/s，此外，国内的中兴，华为，大唐等通信巨头近年来也在大力发展OXC技术，国家“863”计划“九五”二期重大项目光交叉连接（OXC）分项也成功通过国家的验收。可以预期OXC会成为下一代光网络的核心设备，研究新型OXC结构有着重大的意义4。2、OXC的性能光波网络中的一个重要网络单元是OXC,其功能可以与时分复用网络中的交换机类比，它对系统中的光信号进行交叉连接，有效地解决网络间的信息耦合，并兼有本地节点的全光分插复用功能，还可以灵活有效的管理光传输网络，使网络具有很大的灵活性、可扩展性和动态重构以及自愈功能，是实现可靠的网络保护/恢复、自动配线和监控的重要手段，国内外研究者对OXC 开展了深入研究。在OXC 结构设计方面, 通过利用不同光学器件和采用不同设计方法, 构架具有独特功能的新型OXC结构以满足不同的应用需要。2.2 OXC的基本结构与工作原理OXC主要由光交叉连接矩阵(交换级)、输入端口(扩展级)、输出端口(集中级)、管理控制单元等模块组成，如图1所示：图1 OXC功能结构图OXC节点先把WDM信号在空间或波长域上进行分解，得到一组状态单纯的单波长信号后再进行交叉连接。扩展级网络完成输入端WDM信号的解复用功能，集中级网络在输出端对单波长信号重新进行复用，交换级网络位于扩展级和集中级之问，实现波长信号在空间或波长域上的全光交叉连接。OXC设备型号少，监控维护参数少，易于标准化，无需时钟同步和开销处理，其主要特点是：不需要电/光，光/电转换，避免电子信号的瓶颈，交叉连接速率高，利用OXC便于网络升级，且升级时一般无需更换设备。2.3 OXC的主要功能OXC的主要功能是：光网络的管理和传输、信号监测、故障恢复。OXC在安装新业务和改变网络运行模式时对网络进行配置，还可以根据传输波长为信息进行路由选择。另外它通过波长交换、波长转换、波长复用和去复用以及波长信号监测对不同波长的信息进行传输和管理，这是光网络的管理和传输功能体现。OXC有信号检测的功能，它利用无干扰的监测器在传输路径上，在光子层，抽出一小部分光把它传送到监测单元，监测光能量波长定位和光信噪比（监测光能量可以确定是否有足够光能量从而确定信号损失度) 这种方法在光纤断损发生在靠近OXC的地方时很有效。但如果发生在上游远端断损处，OXC间还有再生器，就难以单独确定LOS。然而OXC必须从信号开销中提取状态参数结合监测结果，综合判断才能正确的进行信号监测，因为有足够信噪比的光信号仍可能有错误如监测器不能检测由色散或非线性效应引起的损伤5。所以OXC必须从信号开销中提取状态参数结合监测结果，综合判断才能正确的进行信号监测。 OXC间可以建立维护链路，一旦某个OXC检测到故障，就通过维护链路通知其它OXC，OXC中的交换要么是波长层交换，要么是光纤层交换，它能很快从故障中恢复。目前OXC的故障修复办法有集中式恢复算法和分布式恢复算法两种。在集中式算法中，OXC把故障通知一个有全局操作系统的实体，该实体确定一条合理的旁路链路并通知该链路上OXC调整波长、接收信息、故障修复后信息再回到原链路上传输。由于所有故障信息要通知中心实体，恢复速度慢，在分布式算法中每个OXC有足够信息自己建立旁路链路，它比集中式算法快，但要求每个OXC存储实时状态信息。3 MEMS空间光开关3.1 微电子机械系统（MEMS）光开关微电子机械系统（MEMS），主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等，它融合了多种微细加工技术等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景6。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战，它融合了多种微细加工技术，并应用于现代信息技术中，是最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。3.2 光开关的分类空间光开关（space optical switch）可以分为二种，一种是光纤型光开关，另一种是自由空间型光开关光，空间光开关是空间交换中最基本的功能元件。基本的光纤型光开关的输入端和输出端各有二条光纤，能够构成两种连接状态：平行连接和交叉连接。这样的光开关实现方案有四种：1、波导型光开关波导型光开关由外部控制波导的折射率，利用电光效应或者热光效应选择输出的波导。如图2.2中（a）和（b）所示：22 光开关12 光开关 （a）LiNbO3的方向耦合器构成 （b）四个12光开关构成图2.2 22空间光开关的实现方案2、机械型光开关机械型光开关其结构可分为移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反光镜等多种类型,其发展技术较为成熟，并广泛应用于光网络中，如图2.3所示：图2.3 三种机械开关的结构3、半导体光放大器的门型光开关SOA可以作为一种快速的门型开关应用，因为半导体光放大器（SOA）在不同的泵浦状态下对入射光表现出吸收或者放大二种状态，当SOA注入电流低于门电流时，入射光被吸收，门开关处于OFF状态；反之，入射光可穿过SOA，同时获得增益，门开关处于ON状态。假设一种基于SOA技术的22光开关的方案，22开关结构包括4个SOA单元组成的光门阵列，彼此通过波导连接。控制各路SOA的通断，实现信号由任意输入端到任意输出端的定向连接或者广播发送功能。如图2.4所示。SOASOASOASOA图2.4 22半导体光放大器开关原理结构4、微电子机械系统（MEMS）光开关MEMS光开关可以利用IC工艺成批加工技术来生产，制造过程可能包括多工序的复杂工艺，但是它可以批量生产。在OXC这样需要支持大容量交换的系统中使用基于MEMS技术的光开关似乎已是主要潮流。基于镜面的MEMS是一种受静电控制的二维或三维器件，安装在机械底座上。MEMS的基本原理就是通过静电的作用使做在硅片上的微镜面发生转动，从而改变输入光的传播方向，这些微镜可在二维或三维空间移动7。器件的结构很像硅IC的结构，2-D开关的核心是微镜阵列，在接通状态下，每个镜子都将光信号从输入光纤引向输出光纤，微镜阵列受简单的数字接口控制，同时提供决不闭塞的低损耗连接，微镜和光纤被排列成平面的形式，而且微镜只能处在两种状态之一：开或关。3-D开关利用了同一种原理，但微镜和光纤不被束缚在平面位置，而是可以移动到三维空间的任意位置，所以该种方案具有很大的吸引力。3.3 MEMS的优势分析机械型光开关的优点是插损较低，隔离度高，对偏振和波长不敏感。但是它存在的缺陷在于开关时间较长，有时还会有回跳抖动和重复性较差的问题，而且体积较大不适宜做大型的光开关矩阵。所以我们选择MEMS光开关，MEMS器件具有体积小、重量轻、能耗低、惯性小、响应时间短的优点，而且MEMS可把多个不同功能、不同敏感方向或致动方向的微机构大规模地集成在一起，还可以通过微电铸的方法进行批量复制和大规模生产。MEMS在光纤通信领域的应用范围十分宽广，几乎所有光网络中的各个组成单元都能采用MEMS制作器件，并由此产生了一个新名词：微光电子机械系统（MOEMS），它是机、电、光、磁、化学、自动控制、传感技术与信息处理等多种技术的综合。光纤通信在实现了高速、大容量点对点的传输后，上世纪末已进入了光纤网络时代8。MEMS技术制作的光开关是将机械结构、微触动器和微光元件在同一衬底上集成，结构紧凑、重量轻，易于扩展。它与机械式光开关和波导型光开关相比，具有很好的性能，如：低插损、小串音、高消光比、重复性好、响应速度适中，与波长、偏振、速率及调制方式无关，寿命长、可靠性高，并可扩展成大规模光交叉连接开关矩阵等。它的优势体现在性能、功能、规模、可靠性和成本等几个方面9。1、 MEMS微镜具有可靠的闭锁功能，能够保证光路切换的准确性。它采用2D结构的MEMS光开关已有6464的商用产品，采用3D结构的MEMS光开关也有上千端口数的样品，从而使构建中等规模和大规模光纤网络节点成为可能.2、 MEMS单晶硅极好的机械性能, MEMS光开关的寿命已超过3800万次，并且在温度循环、冲击、振动和长期高温贮存等可靠性指标方面，均满足标准，可制成的器件能够抗疲劳，具有很强的可靠性，由于单晶硅中没有位错，所以从本质上它不会产生疲劳，是一种完美的弹性材料。 3、MEMS光开关成本比较低，它的尺寸小和功耗低的特性节省了中继器和终端节点占用的地盘，因为它使得系统的外形可以缩小。它的单批产量很高，经济性好，而且器件与器件之间重复性好。执行器与光器件集成在单个芯片上，可以在一个硅片上重复多次，从而可以提供价格更低的光器件。4 OXC结构设计及应用4.1 OXC结构传统的热光开关、电光开关都有其不足，MEMS开关是现在的一个研究热点，MEMS光开关集合了机械光开关和波导光开关的优点，故本结构中也采用了MEMS光开关。如下原理结构图4.1所示，此OXC结构设计主要由掺铒光纤放大器(EDFA)、耦合器、二维MEMS光开关矩阵、输入接口、输出接口、可调谐滤波器，波长转换器，控制和管理单元等模块组成。信号从四个输出口输入，经过耦合器进行放大，或者通过解复用器滤波分解，后进入MEMS空间8X8光开关矩阵实现光信号交叉连接，完成以后再经过波长转换器转换成所需要的外部波长，最终实现整个光电图的互通连接。 4.1 OXC设计结构图本OXC结构的基本模块包括：1、掺铒光纤放大器(EDFA)光纤放大器在使用光纤的通信系统中，不需将光信号转换为电信号，就可以直接对光信号进行放大的一种技术，是对光信号直接进行放大的光放大器件。 掺铒光纤放大器是光纤通信中最伟大的发明之一，是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器10。本结构中为了适应光网络的动态路由配置、自愈保护倒换等功能，对EDFA提出了增益均衡和增益钳制的要求。EDFA在OXC设备中补偿光纤线路损耗和节点内部损耗。由于OXC设备组成的光网络具有动态重构的特性，会引起EDFA这样的有源器件的瞬态和非线性响应，导致波长通道性能的波动。在多个EDFA级联时，EDFA的增益不平坦性会导致增益尖峰效应或自滤波效应。表4.1 多波长光纤放大器 C-Band EDFA的技术参数序号参数最小值典型值最大值单位1工作波长1528 1565nm2总输入功率-24-54dBm3总输出功率52023dBm4总增益162025dB5第一级增益242730dB6第二级增益 15 dB序号参数名称指标1工作温度（0，65）2储存温度（-40，85）3工作湿度595%冷凝4工作电压直流：-48V ；交流：220V5设备功耗50W6结构尺寸（高宽深）43.6mm*437mm*269mm2、 光电耦合器光电耦合器由发光源和受光器两部分组成。是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管光电耦合器是本结构的核心部件，它可以实现电一光一电的转换，其工作原理：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出。3、 微电子机械系统（MEMS）光开关矩阵 OXC的核心是容量可扩展、稳定可靠的光开关矩阵。本结构中以MEMS为基础制造出来的光开关是无源开关，与光信号的格式、波长、调制方式、偏振作用、传输方向等均无关，同时在进行光处理过程直接在光域中完成。4、波长转换器波长转换器可以通过改变复用波长，使光通道在不同的波长复段带占用不同的波长，从而提高了波长的利用率。信号在光网络中传送时，需要为它选择一条路由分配波长。因为一根光纤能够复用的波长数有限，而且任何两路信号在一根光纤中不能同时使用同一波长，所以波长资源的分配非常重要。根据OXC是否提供波长转换功能，光通道可以划分为波长通道和虚波长通道。5、可调谐滤波器可调谐滤波器可以根据需要选出某一波长的信号，输入信号进入EDFA进行补偿放大后产生ASE噪声，故加上一个可调谐滤波器，可以起到去除ASE噪声的作用。6、 控制和管理单元 实现OXC设备各功能模块的控制和管理。有自动保护倒换功能，也能支持光传送网的端到端的连接指配，动态配置波长路由，快速保护和恢复网络传输业 务。本设计的主要部件有：四个掺铒光纤放大器，一个星形耦合器，三个可调滤波器，三个复用/解复用器，三个MEMS光交叉矩阵，设每个MEMS光交叉矩阵有8个端口。第一支信号通过EDFA对光信号直接进行放大，并补偿光纤线路损耗和节点内部损耗，然后星形耦合器输实现光-电-光的转换之后输出三个信号，再经过可调谐滤波器进行信号滤波，分别连接到三个MEMS光交叉矩阵中第一个端口。第二支、第三支和第四支信号通过EDFA对光信号直接进行放大之后，再通过复用/解复用器发送多束不同波长的光信号，分别连接到第二、第三、第四个MEMS光交叉矩阵。MEMS光交叉矩阵的8个端口接收了四支信号，又可以很好的完成交叉功能，所以信号实现互通， 最终和本地连接，实现全光网络的传输。1、OXC最基本的功能为光通道的交叉连接功能和本地上下路功能，它是光网络最重要的网络设备，MEMS光交叉矩阵可以很好的完成交叉功能，而且留有接口完成本地上下路功能。2、此结构包含了波长转换器，提供波长变换功能，支持虚波长通道。而采用虚波长通道时，光通道层可以一个波长复用段一个波长复用段的为传送请求分配波长，因此可以进行分布式控制。虽然分布式控制方式可能选不到最佳路由，但是可以大大降低光通道层选路的复杂性和选路所需的时间。3、此结构中使用了可调谐谐滤波器和EDFA，EDFA的最主要特点是可以对所有波长的光信号进行放大，也可以对光信号进行选择性放大，是WDM网络不可缺少的部件。目前EDFA已经实用化，技术比较成熟。可调谐滤波器还可实现广播发送功能。 EDFA首先补偿信号的损耗并可以放大信号，解复用后通过可调谐滤波器可以滤除ASE噪声。它有补偿放大和滤波去噪功能。4、作为最有希望成为光开关矩阵主流选择的光开关，二维MEMS，优点是易于集成化、微型化、批量生产，耗能低、串扰小，缺点是任何的机械摩擦、磨损或者震动都可能会损耗光开关，影响了整个结构的生存性和稳定性，而且相比三维MEMS不易实现大规模交换矩阵的光信道交叉连接。4.2 MEMS在OXC中的应用现有的光交叉连接矩阵主要由光开关组成，光交叉连接矩阵是OXC的核心，也是其技术关键，其中微电子机械系统(MEMS)光开关显示出巨大的发展前途11。MEMS是一种能够实现较大规模效益、降低光交换成本的技术。MEMS既有机械光开关的低损耗、低串扰、低偏振敏感性和高消光比的优点，又有波导开关的高开关速度、体积小、易于大规模集成等优点，是大规模全光网络中光交换技术的发展趋势12。在OXC及大容量交换系统中，基于MEMS光开关技术已成为主要解决方案之一。上面设计的OXC结构也是采用了MEMS技术。结论光交叉连接(OXC)技术是光节点的关键技术也是实现全光网络的核心器件。作为光网络层的核心设备技术发展也日趋成熟实用化。国内的几家大的通信设备制造厂家（如烽火、大唐、中兴等）也积极开展OXC设备研制，极大地提高了我国光交叉连接设备（OXC）的研究水平。本文介绍了OXC的的概念及其组成部分，简述了几种不同光开关的工作原理及优缺点，并且分析了目前最热门的光开关EMES机械性光开关的优势，在此基础上详细阐述了OXC的基本结构，工作原理和在网络中的应用。本文重点是在OXC基本的结构基础上，结合EMES光开关的工作原理，并分析了该OXC结构的性能优缺点，最后把该MEMS结构简单的应用到了OXC中实现智能化。由于OXC相关技术的不成熟，主要还有个人很多考虑的不够周全，导致构建的OXC结构还有很多的不足和缺点，在实用化方面还有相当大的距离。致谢伴随着毕业论文的结束，本科的学习时期也要结束了，此刻心情非常复杂，作为一个本科生的毕业论文，难免有许多考虑不周全的地方，原理结构上遇到了很多困难，如果没有导师的督促指导，以及光纤通信小组的很多同学的支持，想要完成这个设计是无法想象的。这里首先要感谢我的导师李利平老师，本文是在导师的亲切关怀和精心指导下完成的，李利平老师平日工作繁忙，但在毕业设计的每个阶段，在我每每遇到难题时，都为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。致使我现在这篇论文的完成，李老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，还明白了许多待人接物与为人处世的道理，是我永远的学习榜样，对李老师的感激之情是无法用言语表达的。当然在毕业论文撰写过程中，也得到了多位老师、同学、朋友的关心和帮助。还要感谢本科学习期间的每一位老师，最后感谢我的母校黄河科技学院，感谢通信系，感谢信息工程学院。参考文献1 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CHINESE JOURNAL OF LASERS ，March，2009：636412Datta D,Howitt J.Prosthetics and Orthotics InternationalM.北京：清华大学出本社，1998：11212413参考：毕业论文（设计）工作记录及成绩评定册题 目： 学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指 导 教 师： 职称： 助理指导教师： 职称： 年 月 日实验中心制使 用 说 明一、此册中各项内容为对学生毕业论文（设计）的工作和成绩评定记录，请各环节记录人用黑色或蓝色钢笔（签字笔）认真填写（建议填写前先写出相应草稿，以避免填错），并妥善保存。二、此册于学院组织对各专业题目审查完成后，各教研室汇编选题指南，经学生自由选题后，由实验中心组织发给学生。三、学生如实填好本册封面上的各项内容和选题审批表的相应内容，经指导教师和学院领导小组批准后，交指导教师；指导老师填好毕业论文（设计）任务书的各项内容，经教研室审核后交学生签名确认其毕业论文（设计）工作任务。四、学生在指导老师的指导下填好毕业论文（设计）开题报告各项内容，由指导教师和教研室审核通过后，确定其开题，并将此册交指导老师保存。五、指导老师原则上每周至少保证一次对学生的指导，如实按时填好毕业论文（设计）指导教师工作记录，并请学生签字确认。六、中期检查时，指导老师将此册交学生填写前期工作小结，指导教师对其任务完成情况进行评价，学院中期检查领导小组对师生中期工作进行核查，并对未完成者提出整改意见，后将此册交指导老师保存。七、毕业论文（设计）定稿后，根据学院工作安排，学生把论文（打印件）交指导老师评阅。指导老师应认真按毕业论文（设计）指导教师成绩评审表对学生的论文进行评审并写出评语，然后把论文和此册一同交教研室。八、教研室将学生的论文和此册分别交两位评阅人评阅后交回教研室保存。九、学院答辩委员会审核学生答辩资格，确定答辩学生名单，把具有答辩资格学生的论文连同此册交各答辩小组。十、学生答辩后由答辩小组记录人填好毕业论文（设计）答辩记录表中各项内容，然后把学生的论文和此册一同交所在答辩小组，答辩小组对其答辩进行评审并填写评语后交教研室。十一、学院答辩委员会进行成绩总评定，填好毕业论文（设计）成绩评定表中各项内容，然后把论文（印刷版和电子版（另传）和此册等资料装入专用档案袋中，教教研室后由实验中心统一保存。目 录1毕业论文（设计）选题审批表2. 毕业论文（设计）任务书3毕业论文（设计）开题报告4. 学生毕业论文（设计）题目更改申请表5毕业论文（设计）指导老师工作记录6毕业论文（设计）中期检查记录7毕业论文（设计）指导教师成绩评审表8毕业论文（设计）评阅人成绩评审表9. 毕业论文（设计）答辩申请表10毕业论文（设计）答辩记录表11毕业论文（设计）答辩成绩评审表12毕业论文（设计）成绩评定表毕业设计（论文）选题审批表题目名称 基于单片机的超声波测距题目性质工程设计理论研究实验研究计算机软件综合论文其它题目来源科研题目 生产现场教学 其它自拟题目选题理由：由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，精度也能达到使用要求，超声波测距应用于各种工业领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。超声波作为一种检测技术，采用的是非接触式测量，由于它具有不受外界因素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单、测量精度高等优点而被广泛应用。这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决了传统测量仪器存在的问题，比如，在粉尘多情况下对人引起的身体接触伤害，腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀，触电接触不良造成的误测等。此外该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量耗损，节省人力和劳动的强度。因此，利用超声波检测既迅速、方便、计算简单，又易于实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求。 指导教师意见： 签名： 年 月 日院（系）领导小组意见： 签名： 年 月 日注：此表由学生填写毕业论文（设计）任务书1、毕业论文（设计）应达到的目的：（1）能对学生在学期间所学知识的检验与总结，培养和提高学生独立分析问题和解决问题的能力，使学生受到科学研究、工程设计和撰写技术报告等方面的基本训练。（2）提高学生对工作认真负责、一丝不苟，对事物能潜心观察、用于开拓、用于实践的基本素质；（3）培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力。（4）对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论结合实际去处理问题的能力、实践能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力进行考核。2、毕业论文（设计）的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：以单片机为核心设计了基于激光测距的防撞预警系统，采用TDC-GP2芯片作为激光飞行计时单元,给出激光发射及回波接收放大电路，基于模块化思想设计、完成系统软件设计流程；最后通过实验测试，系统要能很好测出前方车辆距离及运行状态，并能及时发出报警，利用Matlab对其测试结果进行验证，修正。3、对毕业论文（设计）成果的要求包括图表、实物等硬件要求：设计完成后，要提供电路图，实验电路版，控制原始程序，实验要保存大量的原始数据。完成设计论文。4、毕业论文（设计）工作进度计划：序号论文（设计）工作进度日期（起止周数）1根据所出题目，结合自身所学知识，选择合适课题，确定毕业设计论文题目。13-14-1第16周止2根据所定题目，全面搜集素材，列出各