Dno =
sin2 0
- )/(М Cs)2 + М,
где М1 — коэффициент материальной дисперсии, М1 = 1 (X, с, Д., п1); Д. — коэффициент, зависящий от параметров материала световода; Од — спектральная ширина источника излучения; М2 — коэффициент модовой и волновой дисперсий, М2 = 1 (Ц с, X, а, £, А); Ц — длина пассивной оптической меры длины; а — показатель степени преломления; е — параметр, характеризующий волновую дисперсию; А — абсолютная погрешность определения Ц.
В настоящее время можно создать пассивную оптическую меру длины с погрешностью воспроизведения размера единицы длины в несколько миллиметров, что позволяет уменьшить систематическую погрешность измерения дальности на 30 %.
Второй способ реализации бестрассового метода определения точностных характеристик КОС основан на применении активной оптической меры длины, с помощью которой можно учесть влияние различных физических явлений, сопровождающих генерацию лазерного излучения, а также прохождение его в атмосфере, рассеяние на отражателях НКА и регистрацию принимаемого сигнала. На рис. 3 приведена функциональная схема предлагаемого метода.
Использование активной оптической меры длины позволяет смоделировать и в дальнейшем корректно учесть влияние следующих источников погрешности измерения КОС:
изменение длительности строба, ?ст = 2ой/с, где й — расстояние от КОС до навигационного космического аппарата; влияние импульсной шумовой помехи с постоянной спек-
тральной плотностью Wф (f)=сф / Af, где Сф мощности фазового шума;
дисперсия
изменение пороговой мощности импульса; изменение времени запаздывания строба 81 = р2/20с,
где рс — случайное смещение сигнала в плоскости оптических уголковых отражателей.
Использование активной оптической меры длины позволит уменьшить систематическую погрешность измерения дальности на 25 %.
Таким образом, можно сделать вывод, что для оценки точностных характеристик дальномерного канала КОС, определения поправочных коэффициентов и введения их в результаты измерения дальности до космического аппарата целесообразно применять метод с использованием пассивных оптических мер длины, а для оценки влияния атмосферных факторов на результаты измерения дальности до НКА — метод с использованием активных оптических мер длины.
Л и т е р а т у р а
1. Соловьев Ю. А. Системы спутниковой навигации. — М.: Эко-Тренз, 2000.
2. ИКД ГЛОНАСС (ред. 5.0). Глобальная навигационная спутниковая система. Интерфейсный контрольный документ. — 2002.
3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В. С. Шебшаевича. — М.: Радио и связь, 1993.
4. Кравченко Н. И., Литовченко В. М., Прокопов А. В. //
Зарубежная радиоэлектроника. — 1989. — № 5. — С. 59.
Дата одобрения 27.12.2005 г.
535.854
Результаты экспериментальных исследований интерференционного измерителя малых перемещений
И. П. МИРОШНИЧЕНКО, А. Г. СЕРКИН
Представлены результаты экспериментальных исследований интерференционного измерителя малых перемещений с объемной голограммой. Проведен анализ эффективности применения интегральной регистрации изменений интенсивности по всей поверхности интерферограммы и ее фрагментам.
Ключевые слова: измерение малых перемещений, лазерный интерферометр, объемная голограмма.
Results for the experimental study of the interferometric meter of minor movements with the solid hologram are presented. The analysis of the application effectiveness for the integral registration of the intensity variations across the whole interferogram surface and its fragment has been conducted.
Key words: minor movement measurement, laser interferometer, solid hologram.
Одной из важнейших в практическом отношении физических величин является длина. В 1983 г. Генеральной конференцией по мерам и весам утверждено новое определе-
ние метра, в соответствии с которым воспроизведение единицы длины и передача ее размера должны осуществляться интерференционным методом. Анализ исследований
лазерных интерферометров [1] позволяет сделать вывод о перспективности применения измерителей этого типа для высокоточных измерений малых длин, перемещений и метрологического обеспечения этой области измерений.
В настоящее время известны интерферометрические измерители малых перемещений, содержащие оптически связанные и последовательно размещенные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель и фотоприемное устройство. В [2] в качестве светоделителя предложено использовать объемную фурье-голограмму, содержащую страты в виде совокупности усеченных гиперболоидов, «вложенных» друг в друга и имеющих эллиптическую форму в плоскости сечения эмульсии голограммы. Устройству [2] посвящено достаточно много публикаций, например [3—5], которые, однако, не раскрывают особенностей его функциональных и технических характеристик.
Ниже представлены результаты экспериментальных исследований функциональных и технических характеристик измерителя малых перемещений, описанного в [2].
Цель проведенных исследований заключалась в экспериментальном подтверждении технических преимуществ применения объемных фурье-голограмм в качестве светоделителя и исследовании применения интегральной регистрации интенсивности по поверхности интерференционной картины для решения измерительных задач.
Для проведения исследований была разработана и создана экспериментальная установка, схема которой изображена на рис. 1. В состав установки входят оптически связанные источник излучения 1 (Не — Ые-лазер непрерывный, длина волны X = 0,63 мкм); собирающая линза 2; диафрагма пространственного фильтра 3; светоделитель 4 и отражатель 5; экран 10 и фотоприемник 11. Отражатель 5 закреплен на торцевой поверхности цилиндрического пье-зопреобразователя 7, который электрически соединен с источником стабилизированного напряжения 9 и универсальным цифровым вольтметром 8, а фотоприемник 11 — с устройством регистрации и обработки результатов 12.
Установка работает следующим образом. Излучение лазера 1 после прохождения линзы 2, в фокусе которой распо-
Рис. 1. Экспериментальная установка для исследований измерителя малых
перемещений:
1 — источник излучения; 2 — собирающая линза; 3 — диафрагма пространственного фильтра; 4 — светоделитель; 5 — отражатель; 6 — регуляторы механизма крепления; 7 — пьезопреобразователь; 8 — цифровой вольтметр; 9 — источник стабилизированного напряжения; 10 — экран; 11 — фотоприемник; 12 — устройство регистрации и обработки результатов
ложена диафрагма пространственного фильтра 3, преобразуется в расходящийся пучок. Светоделитель 4 осуществляет деление этого пучка по амплитуде: одна часть отражается от его поверхности (направление 3 — 3), а другая — от поверхности отражателя 5 (направление 3* — 3*). Сформированные таким образом пучки являются когерентными. Регуляторами механизма крепления 6 пьезопреобразовате-ля 7 добиваются пространственного совмещения предметного (направление 3* — 3*) пучка с опорным (направление 3 — 3) в плоскости экрана 10, на котором формируется интерференционная картина в виде колец равного наклона. Управляя напряжением на пьезоэлектрическом преобразователе 7, можно задавать перемещение отражателя 5, что приводит к изменению параметров интерференционной картины, которая регистрируется фотоприемником 11 и транслируется в устройство регистрации и обработки результатов 12.
Методика проведения исследований заключалась в постепенном увеличении напряжения, подаваемого на пье-зопреобразователь 7, в диапазоне 0—300 В с шагом 10 В, контроль напряжения осуществлялся цифровым вольтметром 8 непрерывно.
Изменение напряжения на пьезопреобразователе 7 приводит к перемещению отражателя 5 и изменению разности фаз между опорным и предметным пучками, что ведет к изменению параметров интерференционной картины. Регистрация сигнала фотоприемника 11 осуществлялась на каждом шаге изменения напряжения. Интерферограммы, соответствующие задаваемым значениям напряжений на пьезопреобразователе 7, транслировались в устройство 12 в виде стандартных форматов графических изображений.
Для определения преимуществ применения фурье-голограмм были исследованы следующие типы светоделителей:
1) пластинки голографические типа ПФГ-03М с записанной на них объемной фурье-голограммой, экспонированные и обработанные по специальной методике;
2) неэкспонированные пластинки типа ПФГ-03М, прошедшие все стадии химической обработки по методике для пластинок с голограммой;
3) стекло оптическое фотопластинок ПФГ-03М с удаленной фотоэмульсией.
На рис. 2 представлено распределение интенсивности оптического излучения в сечении интерферограммы, проходящем через ее центр (на рис. 3 обозначено осью ОХ), где сплошная линия показывает
-распределение при напряжении на пьезо-
_, преобразователе 50 В, а пунктирная линия — 130 В. Значения интенсивности соответствуют оси ординат и являются целочисленными (в градациях серого от 1 до 256). Изменению напряжения в диапазоне 50 — 130 В соответствует изменение фазы предметного пучка на п, что равно перемещению отражателя на X / 4.
В ходе работы был проведен анализ распределений интенсивности для различных сечений интерференционной картины, исследованы зависимости значения интенсивности от изменения напряжения для различных участков интерференционной картины, светоделителей и серий опытов.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что для решения измерительных задач целесообразно применять фотопластинки с объемной фурье-голограммой, так как это позволяет добиться большего контраста и резкости интерференционной картины по сравнению с рассмотренными светоделителями.
Для размещения фотоприемников (при использовании фотодиодов) целесообразно использовать области интер-ферограммы, соответствующие центру интерференционной картины и ближайшему от центра кольцу противоположной интенсивности, при этом задавать смещение влево от центра. В этой области интерференционные полосы выражены четче, а искажения формы огибающей колец и размытость меньше, чем в области, расположенной справа от центра.
В ходе исследования применения предложенной в [3] интегральной оценки интенсивно
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.