WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

На правах рукописи

Виноградов Никита Сергеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА

Специальность 05.11.01 – Приборы и методы измерения (механические величины)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2012

Работа выполнена на кафедре измерительных технологий и компьютерной томографии Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Воронцов Евгений Александрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Леонид Владимирович Ефремов, заведующий лабораторией методов и средств измерений Института проблем машиноведения Российской Академии Наук (ИПМаш РАН);

кандидат технических наук, доцент Сергей Дмитриевич Васильков, генеральный директор общества с ограниченной ответственностью «Полюс-Тест».

Ведущее предприятие: Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научноисследовательский институт метрологии им.

Д.И. Менделеева» (ФГУП «ВНИИМ им.

Д. И. Менделеева»)

Защита диссертации состоится 25 июня 2012 года в 17 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д212.227.04 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики (НИУ ИТМО) по адресу: 197101, СанктПетербург, пр. Кронверкский, д.49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ИТМО.

Автореферат разослан «24» мая 2012 года.

Отзывы и замечания (в 2 экз.) по автореферату направлять по адресу:197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, НИУ ИТМО, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.227.кандидат технических наук, доцент Сергей Степанович Киселев

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. В настоящее время широко используются средства линейных измерений, основанные на принципах лазерной дальнометрии. Современные углоизмерительные приборы, такие как электронные тахеометры, снабжены лазерными дальномерами, что позволяет проводить не только измерения углов между объектами, но и расстояния до этих объектов. При этом развитие и совершенствование лазерных дальномеров, возрастающие требования к их точности и надежности приводят к необходимости создания новых методов и средств контроля метрологических характеристик таких приборов. Поэтому метрологический контроль измерительных систем лазерных дальномеров является на данный момент актуальной задачей.

Погрешности современных измерительных систем оптико-электронных дальномерных геодезических приборов подчиняются сложной зависимости, которая до конца не изучена и может быть выявлена только в результате экспериментальных исследований.

В современной геодезической метрологии поставлена задача по разработке и исследованию новых методов и средств поверки и калибровки углоизмерительных и дальномерных приборов, реализованных в виде соответствующих поверочных стендов.

К техническим и метрологическим характеристикам стендов для поверки и калибровки углоизмерительных и дальномерных приборов предъявляются следующие требования:

многофункциональность стендового оборудования;

сокращение времени поверки и калибровки средства измерения;

автоматизация процесса измерений;

использование альтернативных эталонных мер.

Известные эталонные средства для калибровки и исследований дальномерных блоков геодезических приборов является геодезический полигон с набором базисных линий разной длины. Полигон – открытый участок местности размером от нескольких сотен до нескольких километров в поперечнике, имеющий сложную и дорогостоящую в содержании инфраструктуру. Поверка угломерной части тахеометра производится в нормальных лабораторных условиях на коллиматорных стендах. Отсюда возникает необходимость совмещения средств поверки угломерной и дальномерной частей оптоэлектронного прибора, что позволит контролировать обе части прибора при одинаковых условиях. Также требуется миниатюризация базисных линий до размера, сопоставимого с размерами коллиматорного стенда, что, в конечном счете, повысит экономическую эффективность мероприятий, связанных с поверкой лазерных дальномеров.

Таким образом, необходима разработка методов и средств калибровки и поверки оптико-электронных приборов, которые позволят оперативно поверять как угломерную, так и дальномерную часть оптоэлектронного прибора на одном и том же стенде.

Следовательно, актуально создание универсального стендового оборудования для метрологических исследований современных геодезических приборов, снижение времени и себестоимости процедуры проведения поверочных работ. Это в свою очередь диктует необходимость поиска принципиально новых методов и средств поверки лазерного дальномерного блока оптико-электронных приборов.

Для достижения поставленной цели в настоящее время перспективно использование в качестве базисных линий оптического волокна (ОВ) с целью передачи светового сигнала от лазерного излучателя до приемника.

Основы метрологического обеспечения эксплуатации, методические вопросы поверок и исследований геодезических приборов нашли отражение в трудах А.И. Спиридонова, Ю.Н. Кулагина, М.В. Кузьмина, В.И. Новикова, А.Б.

Рассада, А.П. Ворошилова. Вопросами совершенствования методики измерений на основе применения новых оптических и лазерных приборов в настоящее время занимаются Ю.И. Беспалов, Т.Ю. Терещенко. Большой вклад в развитие исследований по таким вопросам, как рефлектометрия оптических волокон, методы измерений в оптоволоконных системах, изучение свойств кварцевых волокон, внесли ученые и организаторы науки А.В. Листвин, В.Н. Листвин, И.Г. Бакланов, А.Н. Винчелл, А.С. Сонин, Н.И. Демкиниа, В.К. Леко, О.В.

Мазурин, Д.Э. Мидвинтер. Вопросы оценки метрологической надежности средств измерений отражены в работах Л.В. Ефремова, Д. Ллойда, А.О.

Проникова, А.Э. Фридмана.

Целью работы является создание метода контроля лазерных дальномерных блоков, который позволит повысить эффективность мероприятий, связанных с поверкой лазерных дальномеров.

Достичь поставленной цели позволит решение следующих задач:

1) анализ существующих методов и средств поверки углоизмерительных и дальномерных геодезических приборов;

2) исследование типов и характеристик оптического волокна с целью оптимального выбора световода для базисной линии;

3) разработка метода, позволяющего контролировать метрологические характеристики измерительных систем дальномерного блока;

4) экспериментальная апробация разработанного метода на дальномерных блоках тахеометров;

5) анализ влияния изменения температуры оптического волокна на погрешность измерения расстояния при использовании разработанного метода.

Методы исследования При разработке метода контроля дальномерного блока тахеометра учитывались принципы передачи света, используемые в волоконной оптике.

Расчет погрешности измерения длины волокна основан на элементах теории упругости и поляризации электромагнитных волн, теории случайных функций, методах обработки экспериментальных данных.

Объектом исследования служило контрольно-измерительное оборудование, применяемое при метрологической поверке и калибровке геодезических средств измерений. Изучались тахеометры с различными метрологическими характеристиками. Выполненные в диссертационной работе исследования основаны на анализе литературных данных, выполнении теоретических и практических работ и экспериментальной проверке достоверности этих результатов.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке метода контроля метрологических характеристик лазерного дальномерного блока с применением оптического волокна. Впервые в качестве базисной линии использован отрезок оптического волокна. Впервые коллиматорный стенд для поверки угломерной части тахеометра конструктивно объединен со стендом для контроля метрологических характеристик дальномерного блока.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Результаты анализа существующих методов и средств измерения длины, а также методики поверки дальномерных и угломерных геодезических приборов.

2. Разработанный метод метрологического контроля измерительных систем лазерного дальномерного блока.

3. Разработанная конструкция оптоволоконной базисной линии для метрологического контроля измерительных систем лазерного дальномерного блока.

4. Экспериментальная апробация разработанного метода и интерпретация результатов измерения.

5. Результаты расчета погрешности измерения расстояния с использованием разработанного метода при изменении температуры оптического волокна.

Практическая значимость работы Результаты, полученные в ходе исследований, позволяют использовать разработанный метод для метрологического контроля лазерных дальномерных блоков геодезических приборов. Исследования показали, что коллиматорный стенд для контроля угловых характеристик геодезических приборов может быть конструктивно объединен с разработанной оптоволоконной базисной линией. Модернизированный стенд позволяет одновременно контролировать угловые и дальномерные метрологические характеристики геодезических приборов.

Апробация работы Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научнотехнических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых:

Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения МИКМУС-2009 (Москва, Институт машиноведения им. А.А. Благонравова, 2009 г.), XL Научная и учебнометодическая конференция НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2011 г.).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе работы в журналах из перечня ВАК.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников информации, содержащего наименований. Работа изложена на 80 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 5 таблиц и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и основные направления исследований; сформулированы цель работы и ее научная новизна, приводятся положения, выносимые на защиту.

Первая глава. Рассмотрены технические средства поверки угломерной и дальномерной измерительной техники. Рассмотрены основные принципы построения геодезических полигонов, а также основные требования, предъявляемые к полигонам.

Геодезический полигон (ГП) является носителем единиц геодезических величин – длин линий, превышений, значений углов, азимутов и ускорений силы тяжести. ГП представляет собой открытый участок местности, предназначенный для метрологической аттестации или поверки геодезического оборудования, протяженностью несколько километров.

Основным элементом ГП является образцовый базис 2-го разряда (рис. 1) длиной не менее 2 км, обеспечивающий воспроизведение длины с допустимым значением среднеквадратической погрешности (СКО) (0,3±1·10-6D) мм, где D – расстояние между пунктами базиса. На рис. 1 буквами «Б» с индексами от 0 до 2016 обозначены основные и промежуточные пункты базиса. В отдельных случаях допускается иметь в составе ГП образцовый базис 3-го разряда длиной не менее 1 км, обеспечивающий воспроизведение длины с допустимым СКО (0,5 ± 3·10-6D) мм. Набор длин линий эталонного базиса для поверки дальномерного блока тахеометра может быть следующим: 100, 500, 800, 1500 и 3000 м.

Рис. 1. Схема расположения пунктов образцового базиса Открытая местность и удаленность полигонов зачастую негативно влияют на скорость работ по поверке геодезического оборудования. Денежные затраты метрологической службы на аренду земли под полигон увеличивают стоимость работ. Удаленность полигона от города усложняет доставку оборудования на место проведения метрологических испытаний.

Одним из главных факторов, которые следует учитывать при поверке дальномерного блока тахеометра, являются метеорологические условия. При неблагоприятных метеоусловиях ухудшается видимость, соответственно мощности отразившегося сигнала лазерного пучка от отражателя может быть недостаточно для его регистрации. Второй негативный фактор – широкий диапазон значений температуры (от –30 до + 30°С), при которой проводится поверка прибора. Дальномерный блок тахеометра в соответствии с методикой поверки поверяется при температуре (20±5)°С и влажности не более 80%. Эти недостатки полигонов являются основными причинами создания компактного базиса, совмещенного с коллиматорным стендом, позволяющим снимать все необходимые метрологические характеристики поверяемого СИ на одном стенде.

Также в первой главе проведен анализ существующих коллиматорных стендов для контроля метрологических характеристик угломерных геодезических приборов.

Согласно ОСТ 68-15-01, коллиматорным называют геодезический стенд, содержащий набор коллиматоров и предназначенный для поверки угломерных приборов (рис. 2).

Рис. 2. Коллиматорный стенд Любой коллиматорный стенд представляет собой жесткое основание с закрепленной на нем станиной. Непосредственно на станине крепятся (от одной до пяти, на некоторых стендах – до десяти) коллиматорные трубы.

В результате анализа существующих коллиматорных и аналогичных им стендов, а также геодезических полигонов (относительно невозможности поверки дальномерных блоков тахеометров и угломерной части прибора на одном стенде) было решено совместить линейный базис для контроля лазерных дальномеров с коллиматорным стендом для поверки угломерной части оптоэлектронного прибора.

Вторая глава. Проведен анализ существующих методов и средств измерения длины. Приведена классификация дальномеров.

Рассмотрены общие принципы лазерной дальнометрии, приборы и методы измерения расстояний с помощью лазерных дальномеров. Рассмотрена структура погрешностей оптических и оптико-электронных геодезических приборов при проведении линейных измерений. Приведены существующие на сегодняшний день методы и средства поверки лазерных дальномеров.

В главе подробно рассмотрено устройство тахеометра (рис. 3,а), который представляет собой геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и превышений. Термин тахеометр (от греч. быстро измеряющий) ввел в употребление венгерский геодезист Тихи. Как и многое другое геодезическое оборудование, прибор в последние годы активно совершенствовался. Совмещая функции дальномера и теодолита, тахеометр является мощным геодезическим прибором, незаменимым во многих случаях.

а) б) Рис. 3. Общий вид тахеометра и призменного отражателя Конструктивно тахеометр сочетает кодовый теодолит с электронным дальномером. Этот прибор обеспечивает цифровую индикацию измеряемых величин: горизонтальных и вертикальных углов, наклонных расстояний, горизонтальных расстояний, превышений, отметок и автоматическую запись результатов измерений на различные виды носителей информации.

Дальномерная часть современных электронных тахеометров представляет собой дальномер, реализующий импульсно-фазовый гетеродинный способ измерения расстояния. Источником излучения является полупроводниковый светодиод, фотоприемником – лавинный фотодиод, в качестве отражателей применяются трипельпризмы (рис. 3,б).

Передающее устройство предназначено для излучения модулированного сигнала в виде узкого светового луча на отражатель. Основными элементами устройства являются лазерный источник излучения, модулятор света, генератор масштабной частоты и передающая оптическая система (рис. 4).

Рис.4. Оптическая схема зрительной трубы тахеометра В дальномерном блоке современных электронных тахеометров в качестве источников излучения применяются полупроводниковые лазеры, обеспечивающие высокую интенсивность излучаемой энергии в узком спектральном диапазоне.

Оптический информационный сигнал поступает с дистанции на приемную часть светодальномера, где преобразуется в электрический, затем выполняется фазовое сравнение с опорным сигналом. Эта задача решается с помощью приемной оптической системы, фотоэлектронного приемника и измерительного устройства.

Расстояние прибором определяется на основании времени, за которое световой луч от геодезического инструмента доходит до отражателя и обратно.

Задача по измерению расстояний фазовым светодальномером решается с помощью некоторого набора фиксированных частот модуляции. В этом случае в состав приемопередатчика входит фазометр – устройство сравнения фаз посылаемого и принимаемого сигналов. Формула для определения расстояния с помощью фазового дальномера имеет вид:

1 с L (N ), (1) 2 360 n f где L – расстояние до объекта измерения, N – целое число, с – скорость света, – фаза, n – показатель преломления среды, f – частота колебаний световых волн, выраженная в герцах.

Необходимо отметить, что миниатюризация радиоэлектронных узлов привела к появлению компактных (размером с сотовый телефон) фазовых светодальномеров, используемых не в качестве насадок на теодолиты, а как самостоятельные инструменты, получившие название лазерных рулеток.

Наибольшее распространение получили лазерные рулетки торговых марок Bosch, Sokkia и Leica. При средней массе около 200 г этот инструмент позволяет измерять расстояния 0,05–200 м с погрешностью 2–3 мм.

Третья глава. Проанализированы методы и средства измерений, в которых применяется оптическое волокно. Описаны устройство и принципы работы оптического волокна, приведена классификация волокон. Отдельно уделено внимание системному и эксплуатационному оборудованию для анализа оптических кабелей.

Наиболее полно осуществлять эксплуатационный анализ оптических кабелей позволяет рефлектометр, представляющий собой комбинацию импульсного генератора, разветвителя и измерителя сигнала и обеспечивающий измерение отраженной мощности при организации измерений с одного конца оптического кабеля. Принцип работы прибора основан на анализе отраженных оптических импульсов, излучаемых рефлектометром в оптическое волокно.

Характеристики оптического волокна представляются в виде рефлектограммы (рис. 5), которая предоставляет информацию о длине оптического кабеля, расстоянии до точек неоднородностей оптического волокна (сростки, точки коммутации и т. п.).

Рис. 5. Типичная рефлектограмма Четвертая глава. Представлен разработанный метод метрологического контроля измерительных систем лазерного дальномера. Приведены созданные в ходе диссертационной работы конструкции оптоволоконной базисной линии и устройство фокусировки лазерного луча на торце ОВ.

В ходе выполнения работы модернизирован коллиматорный стенд для поверки геодезических приборов (теодолитов, тахеометров, нивелиров) путем оснащения разработанной оптоволоконной базисной линией и устройством фокусировки лазерного луча.

В качестве базисной линии использован оптический кабель фирмы Corning (длина 500 м, диаметр волокна 9/125 мкм, наружный диаметр оплетки 3 мм).

Волокно было уложено ряд к ряду, в четыре слоя на цилиндр из полихлорвинила (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид катушки Габариты катушки выбирались исходя из радиуса сгиба оптического волокна, при котором сигнал без значительных потерь мощности проходит по оптическому волокну. Учитывая начальные условия, нетрудно рассчитать параметры катушки (табл. 1) используя соотношение:

d S Н , Nсл. D где H и D – высота и диаметр катушки, d – наружный диаметр оплетки волокна, S – длина оптического волокна, Nсл.– число слоев.

Таблица 1. Характеристики оптоволоконной базисной линии Н, м d, м S, м Nсл D, м Число витков 0,46 3·10-3 500 4 0,26 6Конструкция устройства для контроля метрологических характеристик, угломерной и дальномерной частей тахеометра представлена на рис. 7.

Установка представляет собой модернизированный коллиматорный стенд, снабженный подъемным столиком. Верхняя площадка столика, на которой непосредственно закрепляется тахеометр, может перемещаться в горизонтальной плоскости при помощи наводящих винтов. На станине закреплена стойка с горизонтальной коллиматорной трубой. Сзади коллиматорной трубы имеется сетка нитей с подсветкой. На стойке с коллиматорной трубой закреплен кронштейн с разработанным в ходе диссертационных исследований фокусирующим устройством, предназначенным для приема и фокусировки лазерного пучка дальномера на торце оптического волокна.

Рис. 7. Схема установки Фокусирующее устройство (рис. 8) представляет собой алюминиевую трубку, на одном из торцов которой зафиксирована призма.

Призма позволяет направить лазерный пучок по оси трубки на собирающую линзу, перемещающуюся вдоль оси трубки с помощью кремальеры. Юстировочные винты под кожухом кремальеры позволяют перемещать оправку оптического волокна поперек трубки, тем самым позволяя добиться точного попадания сфокусированного лазерного луча на торец оптического волокна.

Рис. 8. Фокусирующее устройство Для контроля мощности выходного сигнала с другого конца оптического волокна использовался высокоточный измеритель мощности лазерного излучения Sanwa LP1.

Принцип работы разработанного устройства заключается в следующем.

Перед фиксацией тахеометра на модернизированном стенде к оправе объектива зрительной трубы тахеометра крепится разработанная в ходе диссертационных исследований насадка (рис. 9).

Рис. 9. Насадка объектива тахеометра Шесть отверстий в насадке обеспечивают видимость сетки нитей коллиматорного стенда, а пластиковая трубка, плотно примыкающая к поверхности объектива прибора, не допускает ложного срабатывания дальномера при отражении лазерного луча от поверхности призмы фокусирующего устройства.

На подъемном столике фиксируется контролируемый тахеометр, далее с помощью подъемного устройства обеспечивается соосность зрительной и коллиматорной труб (рис. 10), что необходимо для точного попадания лазерного пучка на призму фокусирующего устройства. На следующем шаге оператор с помощью наводящих винтов тахеометра совмещает перекрестия сеток нитей прибора и коллиматорной трубы, контролируя совмещение через окуляр тахеометра. Совмещением сеток нитей обеспечивается, вне зависимости от модели прибора, постоянный угол, под которым лазерный пучок попадает в оптическое волокно. После включения режима измерения лазерный луч, пройдя через трубку насадки на объективе, попадает на призму фокусирующего устройства, где фокусируется системой собирающих линз на торце оптического волокна. Далее сигнал, пройдя через оптическое волокно, возвращается в объектив прибора, где регистрируется фотоприемником.

Рис. 10. Коллиматорный стенд с устройством для метрологического контроля измерительных систем дальномерного блока Для испытаний были выбраны две модели тахеометров Sokkia 530 и Sokkia 630 с погрешностью измерения расстояния ±3+2ppm·L (L – расстояние в километрах). Все испытания проводились при нормальных условиях:

температура 20–21°С, влажность не выше 60 %. В результате испытаний получены две диаграммы, представленные на рис. 11.

Рис. 11. Результаты исследования тахеометров В табл. 2 приведены результаты исследований дальномерных блоков тахеометров фирмы Sokkia. Погрешность измерения расстояния с использованием в качестве базисной линии оптического волокна, составила для Sokkia 530 (366,552±0,003) м; для Sokkia 630 – (366,579±0,002) м.

Таблица 2. Результаты измерений расстояния Sokkia 530 Sokkia 6i L, м i L, м i L, м i L, м 1 366,552 19 366,555 1 366,578 19 366,52 366,567 20 366,559 2 366,574 20 366,53 366,565 21 366,558 3 366,574 21 366,54 366,568 22 366,559 4 366,588 22 366,55 366,553 23 366,558 5 366,572 23 366,56 366,553 24 366,556 6 366,578 24 366,57 366,551 25 366,547 7 366,582 25 366,58 366,557 26 366,544 8 366,579 26 366,59 366,566 27 366,544 9 366,578 27 366,510 366,552 28 366,546 10 366,586 28 366,511 366,537 29 366,532 11 366,587 29 366,512 366,548 30 366,548 12 366,584 30 366,513 366,546 31 366,543 13 366,584 31 366,514 366,549 32 366,543 14 366,588 32 366,515 366,556 33 366,553 15 366,586 33 366,516 366,554 34 366,548 16 366,585 34 366,517 366,558 35 366,544 17 366,581 35 366,518 366,551 36 366,541 18 366,582 36 366,537 366,549 37 366,5L = 366,552 м L = 366,579 м СКО = 8,1 мм СКО = 5,1 мм X = 2,7 мм X=1,7 мм Разность между среднеарифметическими значениями длины базисной линии при измерении тахеометрами Sokkia 530 и 630 составила порядка 2,7 мм.

Это объясняется тем, что значения длин волн источников лазерного излучения в дальномерных блоках тахеометров даже одной серии различаются, а значение измеренного расстояния напрямую зависит от длины волны источника.

Поэтому перед началом измерений расстояний на оптоволоконном базисе необходимо определить значение длины волны каждого тахеометра и внести соответствующую поправку в конечный результат.

Лазерные рулетки (ручные дальномеры), так же как и тахеометры, требуют контроля метрологических характеристик, а аналогичные принципы устройства и работы дальномерных блоков позволяют контролировать характеристики лазерных рулеток на разработанном стенде при его незначительной модификации, что, в свою очередь, расширит ряд типов СИ, контролируемых на одном стенде.

Необходимо отметить, что при использовании оптического волокна в качестве базиса для поверки дальномерного блока тахеометра нужно принимать во внимание деформационное изменение показателя преломления сердечника и длины оптического кабеля, так как эти изменения вызывают погрешность измерения длины базиса.

В нашем случае используется фазовый, или импульсный, метод определения длины, т. е. проводятся косвенные измерения. Длина оптического волокна l определяется по времени распространения посланного в оптический ct кабель импульса в прямом направлении: l , где n1 – показатель nпреломления сердечника, t – время распространения импульса, c – скорость света в вакууме.

Оптическое волокно, используемое в стенде, уложено на цилиндр в четыре ряда. Показатель преломления кварцевого стекла при изменении температуры кабеля варьирует как вследствие изменения температуры, так и вследствие деформации изгиба или кручения, вызванной тепловым расширением.

В силу указанных причин температурное изменение показателя преломления сердечника будет следующим:

n n n T T T.

T R Рассмотрим каждое из слагаемых. Первое слагаемое изменения показателя 1 n преломления зависит от температуры: = 0,68·10-5 °С-1 (для кварцевого n T T стекла в нашем случае). Для оценки второго слагаемого формулы необходимо учитывать поведение оптического волокна.

Кварцевое волокно, имеющее температурный коэффициент расширения в 330 раз меньше, чем у оболочки (полиэтилена), сохраняя свою длину, будет изгибаться в случайно расположенных плоскостях, через которые проходит ось модуля (рис. 12).

Рис.12. Волокно в модуле в сжатом и растянутом положении Поскольку направления изгибов оптического волокна в модуле случайным образом меняются, то средний показатель преломления примет вид nxcp nycp n3a21 p11 p12/ 2 p12, ncp n 2 8Rгде n – показатель преломления оптического волокна при нормальных условиях, p11 и p12 – коэффициенты Поккельса для фотоупругости, – коэффициент Пуассона, a – радиус сердечника волокна.

При p11 = 0,121, p12 = 0,270, = 0,164 частная производная показателя преломления сердечника волокна по радиусу изгиба будет следующей:

ncp 0,03n3a .

R RТаким образом, деформационная составляющая производной показателя преломления сердечника волокна:

ncp R n n3a 0, T R2T0 T.

R R T На основании этой формулы можно определить, что относительное изменение показателя преломления сердечника оптического волокна, вызванное деформацией изгиба или кручения за счет теплового расширения, составляет порядка 10–5.

Рассматривая полученные данные погрешности, можно рассчитать, что при измерении длины оптического кабеля с помощью лазерного дальномера погрешность измерения составит 0,005 % на строительную длину, или 25 мм на 500 метров.

ВЫВОДЫ 1. Разработан метод метрологического контроля измерительных систем лазерного дальномера, позволяющий повысить эффективность мероприятий, связанных с поверкой лазерных дальномеров.

2. На основе разработанного метода модернизирован существующий коллиматорный стенд для поверки углоизмерительных приборов. В частности, коллиматорный стенд оснащен оптоволоконной базисной линией, позволяющий использовать стенд для контроля не только угломерной части тахеометра, но и метрологических характеристик дальномерных блоков.

3. Разработанный метод при незначительной модернизации коллиматорного стенда может быть использован для контроля дальномерного блока лазерной рулетки.

4. Проведен анализ влияния изменения температуры оптического волокна на погрешность измерения длины.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в периодических изданиях из списка ВАК 1. Виноградов Н.С., Воронцов Е.А., Беленков С.В., Глейзер В.И. Применение систем технического зрения для метрологического исследования геодезических средств измерений // Маркшейдерский вестник. 2010. № 2.

С. 49-52.

2. Виноградов Н.С., Воронцов Е.А. Информационно-измерительные комплексы с биологической обратной связью // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2011. Вып. 3(7). С. 11-15.

3. Виноградов Н.С., Воронцов Е.А. Оптоволоконный базис для поверки дальномерных блоков тахеометра // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2011. Вып. 3(7). С.15-19.

Публикации в других изданиях 4. Виноградов Н.С., Воронцов Е.А., Глейзер В.И. Автоматизация метрологической поверки оптических нивелиров // Геопрофи. 2010. №1. С.

39-41.

5. Виноградов Н.С., Воронцов Е.А. Метрологическое обслуживание геодезических измерительных приборов // ХХ Международная иновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения: сборник материалов научной конференции. М.: Институт машиноведения им.А. А. Благонравова, 2009.

С. 187.

Свидетельства на программы для ЭВМ 1. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2011615489. «LEVEL – I» / Е.А. Воронцов, Н.С. Виноградов. 14.07.2011.

2. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2011616604. Программный комплекс для поверки тахеометров «TOTAL STATION» / Е.А. Воронцов, Н.С. Виноградов. 25.08.2011.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.