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.