научная статья по теме СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В УКРАИНЕ Метрология

Текст научной статьи на тему «СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В УКРАИНЕ»

опорного и предметного пучков приводит к перераспределению интенсивности оптического излучения в плоскости интерференционной картины, суммарное значение которой должно оставаться неизменным [6]. Значения 5/Е, вычисленные при интегральной регистрации, практически на порядок меньше значения 5/, определенного при регистрации интенсивности по фрагменту рис. 3, в. Регистрацию изменений суммарной интенсивности по всей поверхности ин-терферограммы целесообразно применять для выявления и оценки влияния внешних факторов, возникающих от изменения параметров окружающей среды, нарушения режимов электроснабжения и т. д. Интегральную оценку интенсивности можно использовать для исключения из результата измерения грубых погрешностей.

Таким образом, исследованное устройство целесообразно использовать для разработки высокоточных измерителей малых перемещений. При этом необходимо учитывать следующие особенности: для получения устойчивой и контрастной интерференционной картины целесообразно использовать светоделители с толстослойной голограммой, отражатель должен иметь поверхность с оптическим качеством обработки, а излучение лазера должно быть преобразовано в пучок со сферическим фронтом.

Проведенный анализ позволяет сделать вывод о необходимости разработки методики обработки результатов интерференционных измерений для устранения влияния спекл-структуры, характерной для когерентных изображений, и различного рода шумов и искажений. Разработка и применение такой методики, использующей как «интегральную», так и «локальную» регистрацию интенсивности, позволит повысить точность измерений перемещений за счет снижения случайных составляющих погрешности и контроля условий проведения измерений и других влияющих факторов с целью введения соответствующих поправок.

Кроме того, при гарантированном исключении внешних влияющих факторов, по постоянству значений интегральной оценки интенсивности по поверхности всей интерферограм-мы можно судить о качестве изготовления и юстировки элементов интерференционного измерителя малых перемещений и о близости данной схемной реализации к идеализированным теоретическим моделям.

Перспективным направлением дальнейшего развития интерференционных измерителей можно считать построение фотоприемных устройств на основе современных матричных приборов с зарядовой связью, которые обеспечивают достаточно высокую геометрическую точность и пространственное разрешение в плоскости регистрации интерферог-раммы при минимальных потерях светового потока на выходе интерферометра и открывают широкие возможности по автоматизации процесса ввода и обработки оптических изображений с помощью ЭВМ.

Л и т е р а т у р а

1. Кирьянов В. П., Коронкевич В. П. // Автометрия. — 1998.

— № 6. — С. 65.

2. Пат. 2169348 РФ / И. А. Паринов и др. // Изобретения. Полезные модели. — 2001. — № 17.

3. Попов А. В., Прыгунов А. Г. // Дефектоскопия. — 2000.

— № 6. — С. 64.

4. Попов А. В. // Автометрия. — 2001. — № 1. — С. 84.

5. Попов А. В., Прыгунов А. Г. // Приборостроение. — 2001.

— № 2. — С. 50.

6. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1979.

Дата одобрения 22.12.2005 г.

389.1:621.833:531.717.089.68

Состояние и основные проблемы метрологического обеспечения линейных и угловых измерений в Украине

Г. Я. ГАФАНОВИЧ, Г. А. ЗИМОКОСОВ, С. Б. КОВШОВ, В. С. КУПКО,

И. В. ЛУКИН, В. С. СОЛОВЬЕВ (Украина)

Рассмотрены состояние и основные проблемы метрологического обеспечения линейно-угловых измерений в Украине. Приведено краткое описание существующих эталонных средств и рассмотрены некоторые перспективы развития системы метрологического обеспечения.

Ключевые слова: линейно-угловые измерения, метрологическое обеспечение, эталон.

The state and the basic problems of metrological assurance of linear-angular measurements in Ukraine are considered. The brief description of existing standard means is presented and some perspectives of development of system of metrological assurance are considered.

Key words: linear-angular measurements, metrological assurance, standard.

Точность измерений в любых областях зависит от состояния метрологического обеспечения данного вида измерений, основу которого составляет научно обоснованная и практически реализованная система передачи размера единицы от эталона рабочим средствам измерений.

При реализации системы метрологического обеспечения измерений в области геометрических величин, составной частью которой являются соответствующие стандарты, поверочные схемы и другая нормативно-техническая документация, особое внимание уделяют созданию эталонных

средств, возглавляющих систему воспроизведения и хранения единицы и обеспечивающих передачу ее размера нижним звеньям цепи метрологического обеспечения [1].

В области линейных измерений организационной основой метрологического обеспечения является государственный стандарт Украины ДСТУ 3741—98 «Государственная поверочная схема для средств измерений длины». Этот стандарт устанавливает назначение государственного первичного эталона единицы длины, его характеристики и порядок передачи размера с помощью вторичных и рабочих эталонов соответствующим измерительным средствам. Следует отметить, что данная поверочная схема состоит из трех частей: источники излучений и устройства измерений длин волн, штриховые шкалы и измерители перемещений, плоскопараллельные концевые меры длины и измерительные кольца. При этом поверочная схема охватывает устройства измерения длин в диапазоне 1 мкм — 50 м и длин волн в диапазоне 0,2—50 мкм.

Высшим звеном поверочной схемы для средств измерений длины является созданный в 1998 г. в ННЦ «Институт метрологии» эталонный комплекс «Государственный первичный эталон единицы длины», состоящий из самостоятельных подкомплексов: эталонных лазерных источников излучения, интерференционного компаратора штриховых и концевых мер длины, спектрокомпаратора.

Каждый из подкомплексов выполняет одну из функций, присущих первичному эталону единицы длины, практически автономно. Вместе с тем между ними имеется взаимосвязь, которая вытекает из действующей в настоящее время методики воспроизведения единицы длины через длину волны излучения стабилизированного по частоте лазера. В эталоне воспроизведение единицы длины осуществляет подкомплекс эталонных лазерных источников.

Он состоит из трех стабилизированных Не—Ые/12-лазе-ров, оптической системы смешения частот и электронных систем и блоков, обеспечивающих функционирование подкомплекса. Использование трех лазеров решает проблему хранения и передачи абсолютного значения частоты (длины волны) путем постоянных внутренних сличений. Кроме того, три лазера (групповой лазерный источник) с идентичной геометрией резонатора и одинаковыми системами автоподстройки частоты позволяют выявить и устранить большинство факторов, которые приводят к увеличению погрешности воспроизведения и нестабильности частоты эталонного излучения.

Результаты длительных внутренних и международных сличений показали, что лазерный групповой источник первичного эталона обеспечивает воспроизведение единицы длины со средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений, не превышающим 2,5 ■ 10-11, а нестабильность эталона за год составляет 7 ■ 10-12.

Передача размера единицы длины от группового лазерного источника другим источникам эталонного излучения осуществляется с помощью подкомплекса спектрокомпара-тора. Основу спектрокомпаратора составляют лазерная гетеродинная система, спектральная лампа Кг86, спектроин-терферометр, дифракционный монохроматор, электронная аппаратура, обеспечивающая работу подкомплекса.

Лазерная гетеродинная система состоит из опорного Не—Ые/12-лазера и лазера-гетеродина. Опорный лазер стабилизируется по 14 пикам насыщенного поглощения в йоде. Воспроизводимость частоты опорного лазера составляет

4,4 ■ 10-11. Конструкция лазера-гетеродина и электронной системы подкомплекса позволяет проводить перестройку и привязку частоты лазера-гетеродина к частоте опорного лазера в диапазоне 10—800 МГц.

Спектроинтерферометр представляет собой вакуумиро-ванный и термостатированный интерферометр Фабри — Перо. Длина интерферометра может дискретно изменяться, максимальная длина — 300 мм.

Подкомплекс спектроинтерферометра имеет следующие метрологические характеристики:

диапазон измерения длин волн 0,4—4 мкм;

СКО результата измерения не более 3,3 ■ 10-9.

Подкомплекс компаратора штриховых и концевых мер длины служит для измерения материальных мер в длинах волн лазерного излучения. Передача размера единицы длины материальным мерам осуществляется с помощью лазерной измерительной системы, которая входит в состав компаратора и аттестуется по одному из лазеров группового лазерного источника. Кроме лазерной измерительной системы в состав компаратора входят источники белого света, интерферометры, работающие в лазерном и белом свете, фотоэлектронные микроскопы, системы измерения температуры, влажности и давления окружающего воздуха.

Для обеспечения условий, необходимых для выполнения измерений мер с наивысшей точностью, все составляющие компаратора, кроме источников белого света, размещают в термобарокамере. С помощью вспомогательной аппаратуры в ней создают следующие условия: температура воздуха 20 ± 0,05 °С, изменение температуры измеряемой меры — не более 0,003 °С за 1 ч, давление в камере — в пределах 105—103 Па.

В компараторе реализуются два метода измерения мер: динамического счета интерференционных полос в лазерном свете для концевых и штриховых мер и продольного компа-рирования для штриховых мер.

Диапазоны измерений штриховых и концевых мер длины 0,001—1000 мм и 100—1000 мм, соответственно. Среднее квадратическое отклонение результата измерений штриховых мер в относительном выражении не превышает 2,6 ■ 10-8 и концевых — 2 ■ 10-8.

Для передачи размера единицы длины концевым мерам используют эталон-копию единицы длины для измерений концевых мер в диапазоне 0,1—100 мм. Введение в эксплуатацию этого эталона значительно снизило загрузку первичного эталона и сократило трудозатраты при проведении поверочных работ. Основу эталона-копии соста

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком