научная статья по теме ВЫСОКОТОЧНЫЕ ШИРОКОАПЕРТУРНЫЕ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕ ОБРАЗОВАТЕЛИ БОЛЬШИХ УРОВНЕЙ ЭНЕРГИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Метрология

Текст научной статьи на тему «ВЫСОКОТОЧНЫЕ ШИРОКОАПЕРТУРНЫЕ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕ ОБРАЗОВАТЕЛИ БОЛЬШИХ УРОВНЕЙ ЭНЕРГИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ»

Несмотря на указанное ограничение, ЦПУ с растровыми фотоэлектрическими ДУ выделяются высокой точностью преобразования и разрешающей способностью. Использование, по нашему мнению, предлагаемых методов коррекции погрешности преобразования обеспечит дальнейшее совершенствование точностных характеристик ЦПУ с ДУ указанного типа.

ЦПУ с емкостными редуктосинами. Преобразователи такого вида, несмотря на возможность получения больших коэффициентов электрической редукции в малых габаритах и кажущуюся простоту конструкции, до настоящего времени не нашли широкого применения. При вращении ротора такого двухфазного ДУ за счет изменения площадей перекрытия пластин происходит изменение двух пар емкостей. В каждой паре изменение емкостей противофазно, что и предопределило их наименование — емкостной редуктосин, т. е. их следует отнести к группе датчиков дифференциального типа. Погрешность периодичности емкостных редуктосинов при значительных коэффициентах электрической редукции может оказаться соизмеримой с малой погрешностью периодичности растровых фотоэлектрических ДУ. Однако они характеризуются значительно большей степенью квазисинусоидальности, а значит, и пониженной точностью ЦПУ в целом. Это объясняется технологическими трудностями обеспечения соответствия постоянной и переменной составляющих емкости как внутри указанной пары пластин, так и между парами. Можно предположить, что использование предлагаемых методов коррекции квазисинусоидальности ЦПУ с емкостными редуктосинами в качестве ДУТО расширит область их применения.

ЦПУ с индукционными редуктосинами. Индукционные редуктосины представляют собой бесконтактные двухфазные ДУ с электрической редукцией, состоящие из статора и ротора с зубчатыми магнитопроводами. По имеющимся сведениям это единственный вид серийно выпускаемых отечественных ДУТО. Датчики такого типа даже повышенного класса точности имеют погрешность около 10". С учетом значительной погрешности периодичности использование предлагаемых методов коррекции начальной погрешности преобразования скорее всего не приведет к существенному повышению точности ЦПУ, использующих ДУ данного вида.

По мнению авторов, представленные материалы могут способствовать дальнейшему совершенствованию ЦПУ как измерительного элемента цифровых систем управления.

Л и т е р а т у р а

1. Ахметжанов А. А., Лукиных Н. В. Индукционный редуктосин. — М.: Энергия, 1971.

2. Ахметжанов А. А., Кочемасов А. В. Следящие системы и регуляторы: Учеб. пособие для вузов. — М.: Энергоатомиз-дат, 1986.

3. Пульер Ю. М. Индукционные электромеханические элементы вычислительных и дистанционно-следящих систем.

— М.: Машиностроение, 1964.

4. Воронин Н. Н. и др. // Измерительная техника. — 2004.

— № 6. — С. 10.

Дата одобрения 10.04.2006 г.

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

621.317.38

Высокоточные широкоапертурные калориметрические измерительные преобразователи больших уровней энергии

лазерного излучения

М. Л. КОЗАЧЕНКО

Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений,

e-mail: mihail@vniiofi.ru

Рассмотрены вопросы повышения точности широкоапертурных измерительных калориметрических преобразователей больших уровней энергии импульсного и квазинепрерывного лазерного излучения. Ключевые слова: точность, большая энергия, излучение, лазер, калориметр.

The problems of increasing of precision wide-aperture calorimetric transducers of energy of high-^vel impulse and quasi-continuous laser radiation are discussed.

Key words: accuracy, energy, high-^vel, radiation, laser, calorimeter.

Быстрое развитие лазеров требует постоянного совершенствования измерительной техники, используемой как в сфере их научных исследований и создания новых типов, так и во многих областях практического применения.

Одной из важнейших характеристик лазеров является энергия их импульсного и квазинепрерывного излучения, при измерении которой возникают серьезные трудности, связанные как с большими уровнями измеряемой энергии, иногда

достигающими 106 Дж, так и с многообразием неинформативных параметров и разного рода факторов, оказывающих то или иное влияние на измерительные процессы. При этом значения неинформативных параметров также могут изменяться в весьма широких пределах. Например, сечения пучков излучения в зоне измерения могут иметь разную форму и размеры от единиц сантиметров до метра и более. Уровень плотности мощности излучения в этих сечениях может достигать 109 Вт/см2 в импульсном и 104 Вт/см2 в квазинепрерывном режимах и характеризоваться большой пространственной неоднородностью. Временные параметры и структура излучения могут изменяться от однократных импульсов длительностью несколько наносекунд до сотен секунд в квазинепрерывном режиме. В последнем случае возможна генерация и непрерывного излучения, и периодической последовательности импульсов с частотой от долей до тысяч герц.

Помимо неинформативных параметров излучения на погрешность измерений могут оказывать влияние и другие факторы. Одни из них проявляются на границе взаимодействия излучения с приемной поверхностью измерительного преобразователя (ИП) и связаны, например, с углом падения, степенью заполнения, характером распределения и частичным непопаданием излучения на эту поверхность. Другие — с параметрами окружающей среды и действием внешних и внутренних источников тепловых помех.

Степень влияния неинформативных параметров и факторов на погрешность измерений во многом зависит от выбранных принципов построения и конкретных технических решений используемых для этих целей ИП. Поэтому их поиск и правильный выбор является одним из основных звеньев цепи решения задач высокоточных измерений энергетических параметров излучения.

Погрешность средства измерений (СИ) включает в себя не только составляющие, вызванные негативным влиянием неинформативных параметров и факторов, но и погрешности методов калибровки СИ и используемых рабочих эталонов (РЭ). При этом погрешности всех вышестоящих по поверочной схеме эталонов накапливаются в основной погрешности калибруемого рабочего средства измерений (РСИ). Снижение погрешности эталонов в процессе их создания связано также еще с одним кругом поисковых работ, направленных на более эффективное подавление влияния названных ранее факторов. Поэтому результаты поиска и выбора наиболее эффективных принципов построения высокоточных ИП могут быть успешно использованы при создании как РСИ, так и эталонов, и приводить к значительному улучшению качества измерений за счет унификации рабочих и эталонных СИ, придания измерительным процессам при калибровке РСИ относительного характера и повышению их точности.

Поиск путей повышения точности измерений за счет уменьшения негативного влияния неинформативных параметров и факторов требует их всестороннего анализа. Если полное и эффективное исключение одних из них не представляет особых трудностей, то другие могут потребовать проведения теоретических исследований или большого объема экспериментальных работ, направленных на поиск принципов построения и конкретных технических решений при-

боров и их узлов, а также выбор материалов для приемных элементов. К первой группе факторов можно отнести уровень энергии излучения и его длину волны, температуру окружающей среды, длительность энергетического воздействия в квазинепрерывном режиме и ряд других. Даже если измерительная техника чувствительна к изменениям этих параметров, их негативное влияние, имеющее систематический характер, может быть учтено путем введения соответствующих поправок. Значительно сложнее обстоит дело со второй группой факторов, к числу которых относятся плотность мощности излучения и ее пространственная неоднородность, зависимости коэффициента поглощения от пространственного характера облучения приемной поверхности, коэффициента последующего термоэлектрического преобразования от пространственного распределения тепловых источников по этой поверхности, а также стойкость к излучению и стабильность оптических характеристик ИП.

Следует отметить, что при создании широкоапертурных высокоэнергетических преобразователей можно достичь их высокой стойкости к излучению и хорошей зонной характеристики путем реализации регулярного теплового режима работы их приемных элементов и применения стойких к излучению рекристаллизованных графитов, как это сделано, например, в калориметрических ИП, работающих в диапазоне средних уровней энергии лазерного излучения [1, 2]. Как показал практический опыт, рекристаллизованные графиты по совокупности своих свойств являются одними из лучших материалов для приемных элементов широкоапер-турных калориметров с регулярным режимом работы, так как эффективно способствуют достижению их высокой стойкости, стабильности, точности и надежности. Хорошая по-глощательная способность этих материалов позволяет создавать модели ИП с оптически однородной по апертуре плоской приемной поверхностью и при этом исключает необходимость применения поглощающих покрытий, разрушение которых может приводить к необратимым изменениям оптических характеристик преобразователя и увеличению его погрешности. Эти модели обладают высокой стойкостью к интенсивному лазерному излучению и стабильностью оптических характеристик при плотности мощности 3 ■ 103; 105; 106; 107 и 108 Вт/см2 квазинепрерывного (первое значение) и импульсного (последующие значения) лазерного излучения при длительности импульсов 10-3; 10-6; 10-7 и 10-9 с, соответственно. Столь высокая стойкость к лазерному излучению позволяет расширить сферу применения ИП в область больших уровней энергии, а также повысить их надежность. Высокая стабильность оптических характеристик и их воспроизводимость, даже после частичной сублимации поверхностного слоя из-за случайных перегрузок, позволяют обеспечить высокую точность, стабильность и надежность приборов.

Компактность плоских моделей приемных элементов способствует повышению быстродействия и улучшению динамических характеристик ИП, а главное — созданию регулярных тепловых режимов работы их приемных элементов. Реализация этих режимов в компактных плоских широкоапер-турных

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