Создание программы моделирования характеристик одномодового оптического волокна для учебных целей

Доклад.

    В задании на дипломное проектирование была поставлена задача создания программы моделирования характеристик одномодового оптического волокна  для учебных целей, позволяющей в наглядной форме продемонстрировать изменение формы светового импульса при распространении его по оптоволокну.

    В настоящее время моделирование применяют в качестве мощного инструмента практически во всех областях знаний. Применение моделирования в учебном процессе даёт возможность наглядно показать исследуемый процесс и возможность варьировать различные параметры модели. Применение моделирования в учебном процессе экономически оправдано в силу отсутствия доступной материально-технической базы.

    В дипломном проекте моделирование характеристик оптоволокна основано на использовании двух математических моделях распространения ОИ по ООВ : упрощённая и уточнённая. Соотношения используемые в упрощённой модели приведены на плакате. Упрощение этой модели заключается в том, что все параметры волокна, характеризующие искажение формы импульса при распространении сведены к одному параметру: обобщённой дисперсии.

    Уточнённая модель учитывает зависимость показателя преломления сердцевины волокна от частоты.

    Для создания программы был выбран интуитивно понятный графический оконный интерфейс пользователя. Это позволяет сосредоточить внимание пользователя не на особенности управления программой, а на объекте моделирования, что значительно повышает эффект от использования программы в учебном процессе.

    Для реализации программы выбран язык C ввиду его большой гибкости, хорошей структурированностью и наличием компиляторов дающих быстродействующий машинный код.

    На плакате представлены блок схемы процедур непосредственно используемых в моделировании.

    Процедура Calculate является основной процедурой моделирования. В начале процедуры расположен блок отвечающий за подготовку отсчётов значений импульсной характеристики оптоволокна при выборе уточнённой модели. Подготовка значения импульсной характеристики производится в процедуре prepareih.

    Далее следует циклическое вычисление значений отсчётов сигнала на входе и выходе волокна и нахождение максимальной амплитуды сигнала на выходе. Сигнал на выходе волокна рассчитывается методом свёртки входного сигнала с импульсной характеристикой волокна в процедуре svert.

    Далее для вычисления длительности выходного импульса следует нахождение времени "начала" и "конца" импульса по уровню 0.5 от максимальной амплитуды.

    При проведении моделирования были получены следующие результаты (плакат).

    Здесь представлены результаты влияния увеличения длины волокна(10,20,40,80,150) на форму выходного импульса полученные по <=упрощённой  и уточнённой => модели.

    Здесь представлены результаты моделирования при различных значениях обобщённой дисперсии(5,7,10,18,40).

    на этих графиках представлены результаты моделирования при изменении длины волокна(10,20,40,80,150) для импульса гауссовской формы.

    На этих графиках изображены результаты моделирования для трёх значениё ширины спектра излучателя (0.1,1,50).

    На основе результатов проведённого моделирования выяснилось, что результаты вычислений по уточнённой модели практически не отличаются от результатов полученных по упрощённой модели, а время вычисления по уточнённой модели значительно больше (прибл. 500-1000), что позволят выбрать для наиболее частого использования в программе упрощённую модель.

    В экономической части проекта был построен ленточный график выполнения проекта, и рассчитаны затраты на разработку (13214).

    В разделе безопасности и экологичности проекта были рассмотрены вредные факторы, вопросы эргономики рабочего места и оценка экологичности проекта.

Пояснительная записка содержит полный текст программы моделирования в приложении.

    На этом мой доклад закончен.