Лазерный измеритель параметров дождевых капель, работающий в проходящем свете
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?е отношение сигнал/шум удовлетворяет требованиям на приборы этого класса.
1.4 Точностной расчет
Оценим основные параметры устройства: диапазон работы и точность измерения. Определим сначала диапазон изменения размеров капель, скорость которых может измерять устройство. Для этого найдем мощность сигнала от капли, пролетающей через интерференционную картину, которая попадает в приемный объектив. Учитывая апертуру объектива и коэффициент модуляции можно получить следующее выражение для мощности сигнала на фотоприемнике:
,(1.37)
где Io= Рлаз /Sпучка - интенсивность излучения в месте пролета капли,
Sк-площадь капли,
Sпучка-площадь пучка после коллиматора,
F(x)-функция распределения интесивности по сечению пучка,
u-апертура приемного объектива,
-потери в АОМ и оптике.
Примем эти потери равными 0,5 для худшего случая.
Минимально регистрируемая фотоприемником мощность равна [4]:
,(1.38)
где Фп- обнаружительная способность фотоприемников [ Вт/Гц1/2],
f-полоса частот сигнала.
Тогда с учетом приведенных выше выражений и определенного соотношения сигнал-шум получим:
(1.39)
Рассчитаем точность измерения размера капли. Применив к выражению (1.37) метод дифференцирования, найдем относительную ошибку измерения, считая, что входящие в (1.37) параметры изменяются случайным образом:
,
где - изменение интенсивности в пучке; - изменение мощности в пучке; - изменение глубины модуляции; - диапазон частот.
Будем считать, что для времени измерения t, интенсивность в пучке не меняется, т.е = 0. Из энергетического расчета видно, что отношение = 0,15. Полоса частот зависит от изменения скорости падения капель. В данной работе составило Гц, а частота модуляции 2Мгц.
=25
2. Технологический раздел
2.1 Юстировка системы
Рассмотрим приемы и виды юстировки приборов.
При юстировке пользуются двумя приемами устранения ошибок:
прием последовательной юстировки.
каждую схемную деталь и узел устанавливают последовательно с заданной точностью указанной на сборочном чертеже.
Виды юстировки:
При методики комплексной юстировки встречаются случаи, когда в процессе устранения одной ошибки появляются новые. Этот случай зависимой юстировки.
Независимая юстировка. Каждую ошибку выявляют и устраняют отдельно и независимо от других ошибок.
Рассмотрим погрешности, которые при юстировке прибора можно свести к минимуму[6]:
Погрешность из-за параллельных сдвигов элементов оптической системы:
Рисунок 2.1 Погрешность из-за параллельных сдвигов элементов оптической системы.
Из треугольника CMN следует что:
; (2.1)
;(2.2)
;(2.3)
;
;
(2.4)
Из формулы (2.4) следует, что линейное увеличение не меняется.
В результате параллельных сдвигов оптических элементов изображение смещается поперек оптической оси. Для исправления этой ошибки необходимы подвижки оптических элементов.
Погрешности из-за сдвига элементов вдоль оптической оси:
Рисунок 2.2 Погрешности из-за сдвига элементов вдоль оптической оси.
;(2.5)
Для исправления ошибки из-за сдвига элементов вдоль оптической системы, необходимо подвинуть оптический элемент. Погрешность из-за разворотов элементов оптической системы:
Рисунок 2.3 Погрешность из-за разворотов элементов оптической системы.
Увеличение для точки А:
;(2.6)
Для точки М:
;(2.7)
При малых углах cos(y)=1, sin(y)=0
При повороте линзы происходит поворот изображения разно масштабно по полю зрения т.к. увеличение зависит от размеров предмета.
Для того чтобы исправить ошибку из-за разворотов оптического элемента, нужно повернуть оптический элемент.
В лазерном измерителе параметров дождевых капель используется акустооптический модулятор, использующийся для повышения точности прибора.
Для получения максимальной интенсивности дифрагированного пучка, модулятор должен быть развернут относительно разрабатывающего пучка под углом, определяемый выражением (2.8) по [2]:
,(2.8)
где ? - длина волны излучения, ? = 0,645 мкм;
f - частота возбуждения АОМ, f= 30 МГц;
vак - скорость звука в среде, vак = 617 м/с.
отсюда ?-1 = 178?. Поскольку угол очень маленький юстировку необходимо проводить с достаточно высокой точностью.
Для этого модулятор устанавливается на столике, который поворачивается с помощью винтов на заданный угол.
Угол поворота столика можно определить:
, (2.9)
где R - расстояние от оси вращения столика до оси винта;
l - перемещение винта. С другой стороны перемещение винта равно:
,(2.10)
где К - число заходов резьбы; t - шаг резьбы;
Из этих выражений найдем шаг резьбы, необходимый для обеспечения точности угла поворота модулятора:
; (2.11)
Подставляя эти данные в выражение (2.11), получим:
Таким образом, шаг резьбы составляет ? 1,14 мм.
Юстировка производится следующим образом:
Модулятор освещается лазерным пучком и на него от генератора подается амплитудно-модулированный сигнал с частотой 2 МГц, за модулятором устанавливается фотоприемник с индикатором. С помощью винта модулятор разворачивается и на индикаторе измеряе