基于矛盾矩阵的光纤通信演示装置创新设计

魏勇 李梅 刘春兰 赵嫦欣

【摘要】为解决现有光纤通信演示装置存在的问题，引入TRIZ理论中的矛盾矩阵方法设计一种新型的光纤通信演示装置，使其在演示时能直观的呈现光的传输过程，同时成本较低。

【关键词】光纤通信演示装置；TRIZ；矛盾矩陣；新型

一、现有光纤通信演示装置介绍

现有的光纤通信演示装置构成，其包括光发射模块、光接收模块，和光传输模块-光纤，用于演示时，光在光纤中传播，光的传输路径无法看到，导致观察者无法直观的看到光纤通信的完整过程，进而无法形象的理解光纤通信，同时装置成本较高。

二、基于矛盾矩阵的新型光纤通信演示装置的设计

根据TRIZ因果链分析可以得到现有装置中具有矛盾的问题。

将上述矛盾问题转化成相应的技术矛盾如下：1.如果去掉涂覆层，那么光纤中的包层和纤芯不会被遮盖，则纤芯中的光不会被遮盖，但光纤因此失去了保护层易断折。2.如果去掉解调器、调制器、光纤，那么装置的成本降低但是装置无法实现相应的功能。

上述问题1涉及到了两个矛盾的参数：物体产生的有害因素和可靠性，改善参数是物体产生的有害因素，恶化参数是可靠性，可列出矛盾矩阵下。

由矛盾矩阵获得的发明原理：24中介物（A.使用中介物实现所需动作B.把一物体与另一容易去除的物体暂时结合）；2抽取（A.从物体中抽出产生负面影响的部分或属性B.仅抽出物体中必要的部分或属性）；40复合材料（A.用复合材料代替均质材料）；39惰性环境（A.用惰性环境代替通常环境B.使用真空环境）。

根据项目实际情况可采用原理2中的提示，抽取出光纤由于纤芯折射率大于包层而能全反射光的的属性，用折射率高的水流代替纤芯，用水流周围折射率低的空气代替包围纤芯的包层，当光束射入水流中时会在水和空气的接触面发生全反射而传输光，同时由于水流和空气透明且又没有其他物体遮挡，所以光在水流中传输的路径清晰可见。

问题2涉及到的矛盾参数为物质损失和可靠性，其中改善参数为物质损失，恶化参数为功率，列出矛盾矩阵如下。

由矛盾矩阵获得的发明原理：28用机械系统代替（A.用视觉系统听觉系统等代替机械系统B.使用与物体相互作用的电场，磁场，电磁场）；27廉价替代品（A.用若干低成本的物体代替昂贵的物体，同时降低某些质量要求，实现相同功能）；18机械振动（A.使物体处于振动状态B.若已处于振动状态则提高振动频率）；38强氧化剂（A.用富氧空气代替普通空气B.用纯氧代替空气）。

根据项目实际情况可采用原理27的提示用廉价的激光器代替调制器调制器，将电信号调制在激光器发出的光束中，用光敏电阻构成的解调模块恢复原信号。

三、结果与讨论

通过应用矛盾矩阵设计出了一种以音频器作为信号源，发射光波长为429nm的激光器作为光源，流水和空气作为激光传输的介质，用光敏电阻构成的解调模块解调电信号，用音箱来播放还原的信号的新型光纤通信演示装置。且通过对矛盾矩阵的实际应用表明其可以高效，有针对性的解决了现有系统存在的问题，创新性的提出了新的设计思路，对产品的创新有积极的指导作用。

参考文献

[1]唐宏亮.浅议光纤通信原理及其发展趋势[J].科技风，2010（14）.

[2]韩博.TRIZ理论中技术矛盾的应用研究[J].科技创新与品牌，2014（08）.

作者简介：魏勇（1987.06—），男，汉族，内蒙包头人，博士，讲师，研究方向：光纤传感、大学生创新教育；李梅（1997.09—），女，汉族，重庆市人；刘春兰（1989.03—），女，汉族，四川人，硕士，助理实验师，研究方向：光纤传感；赵嫦欣（1991.03—），女，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，助理实验员，研究方向：光纤传感。