43 УДК 531.7.082:535.42 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОЧЕК ИНВЕРСИИ

реклама
УДК 531.7.082:535.42
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОЧЕК ИНВЕРСИИ ФАЗЫ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА
ДЛЯ КОНТРОЛЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА
М.Д. Носова
Научный руководитель – к.т.н., доцент А.Н. Иванов
Постановка проблемы. Развитие современных технологий требует значительного
увеличения точности при измерениях малых линейных и угловых перемещений. Как
показывает практика, для измерения малых угловых перемещений наиболее подходят
оптические
методы,
которые
являются
бесконтактными,
обладают
высокой
чувствительностью, точностью и скоростью измерений.
Сравнительный анализ методов измерения малых угловых перемещений показывает,
что наиболее перспективно выглядят интерференционные и дифракционные схемы
контроля, основанные на использовании точек инверсии фазы оптического сигнала,
обладающие высокой точностью при относительно простых схемах их реализации.
Целью работы является разработка когерентных методов измерения малых угловых
перемещений с погрешностью не более 1 угл. сек.
Базовые положения исследования
- Анализ возможности использования точек инверсии фазы для построения схем малых
угловых перемещений.
- Построение математической модели метода, использующего совмещение плоскости
дифракционной щели с линиями инверсии фазы.
- Сравнение результатов математического моделирования с экспериментальными данными,
полученными на установке.
- Оценка точностных характеристик метода, анализ возможных методов обработки
полученных данных.
Промежуточные результаты. Проведен анализ методов измерения угловых величин с
использованием точек инверсии фазы оптического сигнала, в которых происходит изменение
знака фазы сигнала. Разработан дифракционный метод измерения угловых перемещений,
основанный на двойной дифракции лазерного излучения на щели. Диапазон измерения
±1,3°;чувствительность измерения 0,3″; предельная погрешность измерения 1,5″.
Основные результаты. Перспективность применения точек инверсии фазы для оценки
угловых положений объектов позволила предложить функциональную схему измерителя, в
котором развернутая щель сопрягается с плоскостью, содержащую линии инверсии фазы
интерференционной картины. За щелью возникает дифракционная картина, которая
содержит дополнительную систему полос, крайне чувствительную к смещению линий
инверсии фазы. Проведенные расчеты показали, что достижимы следующие измерительные
параметры: диапазон измерения ±1,5°; чувствительность измерения 0,1²; предельная
погрешность измерения 0,5². Создана математическая модель описывающая преобразование
световых полей в разработанной схеме. Проведены экспериментальные исследования,
которые показали хорошее соответствие с результатами математического моделирования.
Рассмотрено дальнейшее развитие и совершенствование компонентов и конструкции
дифракционного измерителя.
43
Выводы. Исследования показали возможность создания дифракционного измерителя,
удовлетворяющего сформулированным требованиям, а так же перспективы развития данного
метода измерения малых угловых перемещений.
УДК 535.317.22
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПАРАКСИАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ СИСТЕМ
ДВОЙНОГО СОПРЯЖЕНИЯ
А.Б. Острун
Научный руководитель – к.т.н., доцент А.В. Иванов
Введение. Синтез оптической системы в параксиальной области является
обязательным этапом при проектирования сложных оптических схем. На этой стадии
происходит определение ряда параметров системы, таких как оптические силы компонентов,
расстояний между ними, положения предмета и входного зрачка, исходя из требований к
параксиальным характеристикам системы и многое другое. Особенно это имеет важное
значение при расчете панкратических схем, которые имеют одну пару сопряженных
плоскостей – предмета и изображения. Однако, еще более интересным случаем является
синтез систем, которые имеют две пары сопряженных плоскостей, например, плоскости
входного и выходного зрачка и предмета – изображения.
Цель работы. Провести исследования и разработать методику расчета систем двойного
сопряжения при помощи универсального метода параметрического синтеза центрированных
оптических систем в параксиальной области. Определить оптические силы компонентов и
расстояния между ними.
Базовые положения исследования. Производится генерация систем уравнений, в
которых в качестве неизвестных выступают оптические силы компонентов. Уравнения
составляются исходя из постоянства плоскости изображения и выходного зрачка при
переменном увеличении оптической системы. Осевые расстояния между компонентами
изменяются с некоторым заданным шагом, но их сумма остается неизменной. Таким
образом, создание каждой системы осуществляется с новыми осевыми расстояниями. При
помощи универсального численного алгоритма находятся оптические силы компонентов.
Промежуточные результаты. Найденные варианты оптических систем сравниваются
друг с другом. Находится два крайних варианта, удовлетворяющих заданным условиям и
обеспечивающих максимальный перепад увеличений. В случае неудачи алгоритм
повторяется для других осевых расстояний.
Основной результат. В результате выполнения данной работы была рассчитана
система двойного сопряжения в области Гаусса, обладающая 20-ти кратным перепадом
увеличения. Также был рассчитан закон движения оптических компонентов полученной
системы.
44
Скачать