Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Метрология и метрологическое обеспечение

Диссертационная работа:

Москалюк Сергей Александрович. Направленный синтез унифицированного ряда эталонов единицы средней мощности лазерного излучения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.15 : Москва, 2004 159 c. РГБ ОД, 61:05-5/146

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ. 5

ВВЕДЕНИЕ 7

Актуальность проблемы 7

Цель и основные задачи диссертации 8

Научная новизна работы 9

Практическая значимость работы 10

Практическая реализация результатов работы 10

Апробация работы, публикации 10

Структура и объем работы 11

Основные положения, выносимые на защиту 11

ГЛАВА 1. Специфика построения эталонной базы для калибровки
и поверки средств измерений средней мощности лазерного
излучения в России и за рубежом
12

  1. Обеспечение единства измерений в России 12

  2. Обеспечение единства измерений за рубежом 22

1.3. Сравнение возможных схем построения эталонов и способов
воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера.... 32

1.4. Постановка задач, решаемых в диссертации 34

ГЛАВА 2. Математическое моделирование процесса воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения

и передачи ее размера 37

  1. Математическое моделирование работы системы первичный измерительный преобразователь - АЦП 37

  2. Влияние нестабильностей мощности лазерного излучения на результат воспроизведения единицы средней мощности лазерного

излучения и передачи ее размера 40

2.2.1. Способ учета нестабильности мощности лазерного излучения с
использованием средних взвешенных значений выходного сигнала 40

2.2.2. Влияние скачка мощности лазерного излучения на результат
воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и
передачи ее размера и методики его учета 42

2.2.3. Влияние флуктуации мощности лазерного излучения на
конечный результат воспроизведения единицы мощности лазерного
излучения и передачи ее размера.. 57

2.2.4. Влияние дрейфа мощности лазерного излучения на конечный
результат воспроизведения единицы мощности лазерного излучения и
передачи ее размера 67

  1. Определение зависимости мощности лазерного излучения во времени 74

  2. Алгоритм расчета результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера 84

  1. Алгоритм корректировки результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера 84

  2. Оценка систематической погрешности воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера по предложенному алгоритму 88

2.5. Выводы к главе 2 91

ГЛАВА 3. Направленный синтез эталонов единицы средней
мощности лазерного излучения
92

3.1. Технические и метрологические характеристики эталонов единицы
средней мощности лазерного излучения 92

3.2. Расчет технических и метрологических характеристик
структурных звеньев эталонов единицы средней мощности лазерного
излучения 94

3.3. Выводы к главе 3 ЮЗ

ГЛАВА 4. Реализация эталонов единицы средней мощности лазерного

излучения 105

4.1. Принцип действия и структурная схема РЭСМ 105

  1. Устройство и работа составных частей РЭСМ 108

  2. Характеристики составных частей ГПЭ СМ 115

4.4. Теоретическое исследование метрологических характеристик
РЭСМ 116

  1. Программное обеспечение РЭСМ 119

  2. Выводы к главе 4 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125

Список литературы 127

Приложение 1 131

Приложение 2 149

Приложение 3 157

5 СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АИСМ — аппаратура измерений средней мощности; АПРЕ - аппаратура передачи размера единицы;

* АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;
ВМФ - военно-морской флот;

ВНИИОФИ - Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений;

ВЭСМЭ - вторичный эталон единиц средней мощности и энергии; ГПЭ СМ- Государственный первичный эталон единицы средней мощности; ЛГ - лазер газовый;

НИМ - Национальный институт метрологии; НИСТ- Национальный Институт Стандартов и Технологий; НСП - неисключенная систематическая погрешность; ОУМ - относительный уровень мощности;

* ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина;
РЕСМ - размер единицы средней мощности;

РЭСМ - рабочий эталон единицы средней мощности;

СИСМ - средство измерений средней мощности;

СКО - среднее квадратическое отклонение;

ФГУП - Федеральное Государственное Унитарное Предприятие;

ЭИП - эталонный измерительный преобразователь;

ЭПИП - эталонный первичный измерительный преобразователь;

ISO - Международная организация по стандартизации;

РТВ - Физико-технический институт, Германия.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

а - амплитуда флуктуации;

у - скорость дрейфа измерительного преобразователя;

уд - скорость дрейфа лазерного излучения;

г- постоянная времени измерительного преобразователя;

А - относительное значение амплитуды скачка;

F(t) - сигнал на выходе измерительного преобразователя;

Ро — постоянная мощность лазерного излучения;

P(t) - мощность лазерного излучения;

S(t) - ряд Котельникова;

и^ — класс точности АЦП;

ит - стандартное отклонение для измерительного преобразователя; и с - стандартное отклонение системы.

Введение к работе:

Актуальность проблемы

Развитие лазерной техники и расширение областей ее применения в различных отраслях народного хозяйства вызвали адекватное развитие и совершенствование средств контроля и измерений характеристик и параметров лазерного излучения. Создание новых и эксплуатация уже разработанных средств измерений с постоянно растущими требованиями к точности измерений требуют, в свою очередь, четкого функционирования и постоянного совершенствования системы обеспечения единства измерений энергетических характеристик и параметров лазерного излучения, основными из которых в соответствии с рекомендациями ISO [1] являются средняя мощность непрерывного и энергия импульсного лазерного излучения. В нашей стране обеспечение единства измерений этих двух энергетических величин регламентирует поверочная схема ГОСТ 8.275 - 91 [2], которая включает в себя Государственный и разрядные эталоны единиц средней мощности и энергии лазерного излучения.

Современные эталоны единиц средней мощности и энергии лазерного излучения как у нас, так и за рубежом в своем составе содержат унифицированные элементы: 1) источник лазерного излучения; 2) фокусирующую и разводящую оптику; 3) эталонные измерительные преобразователи входных оптических величин в выходные электрические величины или пропорциональные им аналоговые и цифровые сигналы; 4) устройства обработки измерительной информации и ее преобразования в доступную для оператора форму.

При создании подобных эталонных измерительных установок в зависимости от реализуемых точностных: характеристик необходимо было четко выбирать их структурную схему, алгоритм ее функционирования и программы обработки полученной информации и управления всей установкой в целом. До настоящего времени эти задачи решались в основном интуитивно" на основе заданных требований и накопленного

экспериментального опыта. Однако необходимость дальнейшего повышения точности измерений и создание автоматизированных измерительных комплексов для калибровки постоянно улучшаемых средств измерений стимулировали развитие системотехнического подхода к разработке эталонов энергетических единиц лазерного излучения на основе совершенствования алгоритмического и программного обеспечения, что, в свою очередь, потребовало учета и оптимизации характеристик и параметров как составных частей, так и эталонной установки в целом.

При воспроизведении единицы средней мощности лазерного излучения и передаче ее размера в первую очередь необходимо стремиться к минимизации систематической погрешности результата измерений. Одним из эффективных путей исключения систематических погрешностей является унификация структурных схем Государственного и разрядных эталонов, регламентируемых поверочной схемой. Отсюда становится очевидной актуальность направленного синтеза структуры эталона, разработки алгоритмического и программного обеспечения обработки информации и управления всеми протекающими процессами с использованием унифицированных структур эталонных установок разных точностных разрядов поверочной схемы.

Цель и основные задачи диссертации

Целью настоящей работы является направленный синтез типовой структурноисхемыи реализацияэталона единицы среднеймощности непрерывного лазерного излучения при заданных основных метрологических характеристиках. Цель работы предопределила основные задачи, решаемые в диссертационной работе. Эти задачи возникают при направленном синтезе унифицированной для данной поверочной схемы структурной схемы эталонной установки любого разряда. При этом считается, что сведения о нормируемых метрологических характеристиках входящих в" состав эталона первичного измерительного преобразователя и

9 устройства обработки измерительной информации априори известны. Исходя из вышесказанного, в процессе разработки основ направленного синтеза необходимо было решить следующие научные задачи:

  1. Разработать математическую модель функционирования эталона единицы средней мощности лазерного излучения с учетом заданных априори метрологических характеристик входящих-в состав эталона устройств.

  2. Теоретически и экспериментально исследовать влияния нестабильности мощности лазерного излучения на процессы воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера.

  1. На основе разработанной математической модели функционирования эталона разработать алгоритм определения результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера.

  2. Реализовать полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований в эталонах.

Научная новизна работы

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

  1. Определены основные унифицированные структурные звенья эталона, выбор которых, в основном, определяет технические и метрологические характеристики модернизируемого или вновь создаваемого эталона единицы средней мощности лазерного излучения. Именно эти звенья позволяют унифицировать структурную схему эталона.

  1. Разработана математическая модель, описывающая взаимодействие четырехзвенной эталонной системы: источника лазерного излучения в совокупности с фокусирующей и разводящей оптикой; эталонного первичного измерительного преобразователя; приемника. —* "свидетеля"; аналогово-цифрового преобразователя.

  2. Теоретически исследовано влияние нестабильности мощности лазерного излучения, проявляющейся в виде суперпозиции скачка, флуктуации и

10 дрейфа выходной мощности, на результат воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера.

  1. Разработан алгоритм восстановления формы лазерного излучения по показаниям быстродействующего датчика относительного уровня. При этом соотношение постоянных времени эталонного измерительного преобразователя и приемника — "свидетеля", определяющее точность восстановления формы лазерного излучения и, как следствие, точность воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера, не должно превышать 1:10.

  2. На основе предложенной в диссертации математической модели работы эталона разработан алгоритм расчета результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера. Практическая ценность и использование результатов работы

  1. Предложенные в диссертации основы направленного синтеза эталонов единицы средней мощности лазерного излучения с наперед заданными метрологическими характеристиками позволяют целенаправленно создавать эталоны любого точностного разряда.

  2. Разработанный алгоритм определения результата воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера был использован при создании рабочего эталона единицы средней мощности лазерного излучения в интересах ВМФ, вторичного эталона единицы средней мощности (Беларусь) и в модернизируемом ГПЭ СМ.

Апробация работы, публикации

Основные материалы, представленные в диссертации, были доложены, обсуждены и одобрены на:

- Всероссийской научно-технической конференции "Методы и средства
измерений" и "Современные проблемы математики и естествознания" (18
апреля 2003 г.) - Н. Новгород.

- Всероссийская научно-техническая конференция "Метрологическое
обеспечение современных военных технологий" 19 ноября 2003 г.

-14 научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", 16 марта 2004 г.

По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 5 тезисов докладов на отечественной и отечественной с международным участием научно - технических конференциях и 6 статей в журналах "Измерительная техника" и "Метрология". Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Общий объем составляет 160 страниц печатного текста, в т.ч. 42 рисунков и 13 таблиц, а также 4 страницы списка литературы и 30 страниц приложений. Основные положения, выносимые на защиту

1) Предложенная математическая модель, описывающая систему:
источник лазерного излучения, эталонный измерительный преобразователь
и АЦП, позволяет исследовать влияние нестабильности мощности
лазерного излучения, в виде суперпозиции скачка, флуктуации и дрейфа
мощности, на процесс воспроизведения единицы мощности лазерного
излучения и передачи ее размера.

  1. Использование теплового приемника— "свидетеля" с постоянной времени в десять и более раз меньшей, чем у ЭПИП, позволяет восстановить форму излучения на входе ЭПИП и характер его изменения во времени

  2. Предложенный алгоритм обработки результатов измерений, основанный на использовании математических моделей работы унифицированных структурных звеньев эталона, позволяет рассчитать среднюю мощность лазерного излучения с погрешностью сотых долей процента.

4) ^Предложенный метод моделирования позволяет синтезировать
структурные звенья эталона и на их базе создать эталон с наперед
заданными метрологическими характеристиками.

Подобные работы
Соколов Николай Александрович
Создание комплекса аппаратуры государственного первичного эталона единицы теплопроводности и системы передачи размера единицы в диапазоне от 0,02 до 0,2 Вт/(м.К)
Катков Александр Сергеевич
Создание государственного первичного эталона единицы электрического напряжения нового поколения, методов и средств передачи размера вольта
Аль-Сураби Мохаммед Абдул Карим Ахмед
Исследование и разработка алгоритмов динамического назначения скорости передачи и мощности излучения в прямой линии сотовых систем связи третьего поколения с технологией WCDMA
Адел Зин Елдин Мохамед Моусса
Контроль параметров мобильных средств связи по распределению удельной массовой мощности поглощения излучения телом человека
Шерин Константин Юрьевич
Модели и алгоритмы синтеза типоразмерных рядов базовых несущих конструкций для автоматизированных систем управления
Кузнецова Елена Александровна
Синтез терфенила и ряда его производных на основе нефтехимического сырья
Кривошеева Светлана Николаевна
Электрохимический синтез и свойства галогенпроизводных ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидина
Юнькова Татьяна Александровна
Синтезы на основе окислительных превращений ряда метильных производных ароматических углеводородов
Кашпарова Вера Павловна
Синтез, свойства и применение галогенпроизводных ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидина
Сафронова Ольга Николаевна
Закономерности в рядах и сериях бинарных азеотропов, образованных продуктами органического синтеза

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net