авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«Секция 1. Образование в вузах и колледжах Секция 1. Образование в вузах и колледжах ОГЛАВЛЕНИЕ ...»

-- [ Страница 5 ] --

Основу модели, построенной при нескольких упрощающих предположениях, составляют дифференциальные уравнения, описывающие динамику нелинейных фазовых набегов в сердцевине u1,nel и в оболочке u2nel, которые имеют следующий вид du1,nel(t,i)/dt+u1nel(t,i)=u10,nel(i)+1(t,i-1)K0,core(t,i)+1(t,i-1)Kcore(t-tk,i-1)+ +21(t,i-1) [K0,core(t,i) Kcore(t-tk,i-1)]0,5cos(nel(t-tk,i-1)+lin(i-1)+ (t-tk,i-1)-0(t,i)), (1) du2,nel(t,i)/dt + u2nel(t,i) =u20,nel(i)+(1-1(t,i-1)) K0,fac (t,i)+(1-1(t,i-1)) Kfac(t-tk,i-1)+ +2(1-1(t,i-1)) [K0,fac (t,i) Kfac(t-tk,i-1)]0,5 cos(nel(t-tk,i-1)+lin(i-1)+ (t-tk,i-1)-0(t,i)), (2) Данная модель может служить базой самостоятельного учебного вычислительного эксперимента, предусматривающего задания студенту, которые требуют знания материала перечисленных выше дисциплин. Кроме того, модель способна быть частью учебного лабораторно компьютерного комплекса по основам волоконно-оптических систем и линий связи.

Как показывает опыт авторов, проведение вычислительных экспериментов на основе предлагаемой модели позволяет изучить влияние параметров НОВИ на характер процессов нелинейного взаимодействия и интерференции световых полей с учётом запаздывания в КОС.

Динамические режимы в НОВИ, такие как статический, периодический и режим детерминированного хаоса, реализуются в зависимости от параметров модели (рис. 2).

Секция 3. Интеграция учебного и научно-исследовательского процессов Рис. 2. Верхний ряд, слева направо: фазовые портреты на плоскости: полный фазовый набег U1 в канале 1 – полный фазовый набег U2 в канале 2.

Тип нелинейной динамики в модели НОВИ определяется значениями коэффициентов нелинейности К=1.884;

2.03;

24.166.

Нижний ряд: спектры Фурье амплитуд поля в канале Выполнение описанных исследований требует от студента знаний из нескольких областей:

волоконной оптики (конструкция оптоволокна, частотные и фазовые параметры волокна, групповая скорость распространения света);

физической оптики (пространственная и временная когерентность излучения, интерференция света), нелинейной оптики (нелинейность, эффект Керра, время релаксации поляризованности среды), синергетики (бифуркация, бифуркационная диаграмма, фазовый портрет, детерминированный хаос, странный хаотический аттрактор, фрактальная размерность).

Интерпретация результатов численного эксперимента проводится с помощью фазовых портретов и фурье-спектров амплитуды оптического поля, распространяющегося в НОВИ.

Проведение такого вычислительного эксперимента стимулирует обучаемого усвоить – системно и на базе межпредметных связей – основные принципы изучения характера динамики процессов нелинейного набега фаз и интерференции света в модели нелинейного оптоволоконного интерферометра как типичного объекта полидисциплинарного исследования.

Литература 1. Романов И.В., Измайлов И.В., Пойзнер Б.Н. Принципы построения модели процессов в волоконно оптическом интерферометре с протяжённой нелинейной средой // Современные проблемы физики и высокие технологии: Матер. Междунар. конф. (29 сентября 4 октября 2003 г., г. Томск). Томск:

Изд-во НТЛ, 2003. С. 233235.

2. Романов И. В., Измайлов И. В. Математическая модель процессов в волоконно-оптическом интерферометре с протяжённой нелинейной средой // Тр. 3-й междунар. конф. молодых учёных и специалистов «Оптика-2003» (20–23 октября 2003 г., г. Санкт-Петербург). СПб.: СПбГУ ИТМО, 2003. С. 113.

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛЕДЯЩЕГО ПЕЛЕНГАТОРА А.В. Дмитриев Тульский государственный университет, Тула Рассмотрено влияние конструктивных параметров оптической системы на точность работы следящих пеленгаторов с гироприводом. Приведены рекомендации по выбору типа оптической системы, позволяющие повысить точностные характеристики пеленгатора данного типа.

Состав объекта исследования – следящего пеленгатора – представлен на рисунке 1.

Основными составными частями, определяющими качество его работы, являются оптическая система, осуществляющая фокусировку излучения, и гироскоп, обеспечивающий ее поворот вслед за смещением сопровождаемого объекта. Определение взаимосвязи параметров и характеристик оптической и гироскопической подсистем является важнейшей задачей, без решения которой невозможно получить следящую систему, отвечающую современным требованиям.

Секция 3. Интеграция учебного и научно-исследовательского процессов Рис. 1. Структурная схема следящего пеленгатора:

1 – защитный элемент с оптическим фильтром;

2 – оптическая система;

3 – приемник излучения;

4 – блок электронный;

5 – гироскоп;

6 – система коррекции Основным критерием качества гиросистемы является ее точность, т.е. зависимость уходов от конструктивных параметров и возмущающих воздействий гир = 2 + 2, (1) y y где у, у - уход гироскопа по осям карданова подвеса.

Без учета кинематических составляющих уход гироскопа можно представить в виде:

t t MВ MH () () у = dt, у = dt, (2) Ht Ht 0 где MВ, MН - моменты возмущающих сил, действующих относительно осей подвеса внутренней и наружной рам карданова подвеса.

Конструкция пеленгатора рассматриваемого типа предусматривает расположение оптической системы целиком либо ее составных частей на элементах гироскопа. При этом, как правило, детали оптической системы и приемник излучения располагаются во внутренней полости ротора. Таким образом, ротор можно аппроксимировать цилиндром с толщиной стенки (R-D/2), где R – радиус ротора, D – диаметр полости.

Если гироскоп работает в режиме выбега, то кинетический момент ротора можно представить в виде интегральной зависимости:

( ) tВ С C 1 e kt В kt 0 e H= dt = (3), tВ kt В 2 где C = 1/2 mр (R – D /4) - осевой момент инерции ротора, mр - масса ротора, 0 – начальное значение угловой скорости ротора, tВ - время выбега ротора, k- коэффициент затухания угловой скорости ротора.

Рассмотрение формул (1)-(3) приводит к выводу, что одним из путей повышения точности гирокоординатора является повышение кинетического момента ротора гироскопа. Это возможно при 2 увеличении его момента инерции за счет увеличения значения (R – D /4). Внешний диаметр ротора не может быть увеличен по причине наличия габаритных ограничений. Таким образом, остается только единственное решение: построение оптической системы с минимальными поперечными размерами элементов, размещаемых в роторе гироскопа.

Кроме того, на точность работы пеленгатора влияет такая характеристика оптической системы как разрешающая способность. Разрешающая способность оптической системы определяется ее функцией рассеяния точки (ФРТ), описывающей распределение освещенности в пятне рассеяния.

Секция 3. Интеграция учебного и научно-исследовательского процессов Для всех типов систем теоретический предел разрешающей способности определяется дифракцией.

Его повышение для дифракционно-ограниченной оптической системы возможно лишь за счет увеличения диаметра входного зрачка.

Применение линзовой системы предусматривает размещение линзового объектива непосредственно внутри ротора гироскопа. В данном случае размер внутренней полости D совпадает с величиной входного зрачка оптической системы, так как внутренняя стенка ротора является апертурной диафрагмой.

В случае зеркальной или зеркально-линзовой систем с контррефлектором основное зеркало, размещаемое на роторе, не требует наличия за таким зеркалом полости, равной ему по диаметру.

Величина D будет при этом определяться размерами приемника излучения, и возможно, размерами конденсора или дополнительной корригирующей линзы. Это может позволить увеличить кинетический момент ротора и диаметр входного зрачка оптической системы. Следствием этого будет повышение точностных характеристик пеленгатора.

Таким образом, использование зеркально-линзовой оптической системы наиболее предпочтительно. Однако, в случае необходимости обеспечения большого поля зрения прибора (более 6-8°), преимущества такого типа систем теряются из-за значительного виньетирования. Оно приводит к формированию изображения крайних точек поля зрения, излучением, проходящим через крайние зоны зрачка, которые характеризуются большими значениями аберраций. Это приводит к сильному ухудшению качества изображения и как следствие характеристик пеленгатора. Для линзовых систем виньетирование значительно меньше либо практически отсутствует. Поэтому для случаев широкопольных систем необходимо применять только линзовые системы.

ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ СИСТЕМ СОПРОВОЖДЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ Р.В. Алалуев, С.В. Антипов, В.В. Дробышев Тульский государственный университет, Тула В работе приводится описание алгоритма селекции трассера на фоне оптической помехи.

Рассматривается возможность его программной и аппаратной реализации.

Постоянная модернизация бронетанковой техники, направленная на повышение ее защиты (увеличение толщины брони, оснащение ее навесной или встроенной динамической защитой, средствами постановки пассивных и активных оптических и радиоэлектронных помех, ночными прицелами), а также увеличение дальности прицельной стрельбы танковых пушек, поставила перед разработчиками ПТРК задачи их совершенствования путем сокращения времени обнаружения цели, момента открытия огня, увеличения дальности и получения высокой точности стрельбы, повышения могущества боевых частей, огневой производительности, помехозащищенности, возможности стрельбы из зданий и сооружений ограниченного объема, а также с закрытых огневых позиций, обеспечения всесуточности и всепогодности применения.

Таким образом, повышение точности и помехозащищенности систем сопровождения подвижных объектов является на данный момент актуальной задачей. Все большее количество этих систем строится на основе телевизионного цифрового ПЗС-датчика. Применение новой элементной базы ведет к необходимости разработки новых подходов к данной задаче.

В работе рассматривается алгоритм селекции подвижного объекта (трассера) на фоне оптических помех в изображении, получаемом ПЗС-матрицей. Алгоритм обеспечивает устойчивое выделение координат трассера на дальностях 70...2000 м, во всем диапазоне частот вращения управляемой ракеты по крену в беспомеховой обстановке, а также в условиях воздействия излучения следующих источников оптических помех, находящихся в поле зрения прицелов приборов наведения и ориентированных в сторону прицелов приборов наведения:

• фона, солнца на восходе и закате, а также его отражения на воде или снежном покрове;

• прожекторов (в том числе на цели);

• пиротехнических источников излучения;

• вспышек от разрывов штатных осколочно-фугасных снарядов;

- трассеров и двигательной установки собственной УР, а также излучения вспышек выстрелов на целях;

• пожаров, находящихся в поле зрения, но не перекрывающих цель, размерами не менее габаритов лобовой проекции танка, расположенных как перед танком (целью), так и за ним.

Приводится программная и аппаратная реализация алгоритма и результаты тестирования.

Секция 3. Интеграция учебного и научно-исследовательского процессов ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНДИКАТРИС ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОДНИКОВЫХ ИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ Р.В. Алалуев, Ю.В. Иванов, О.Л. Самохвалова, Е.А. Обручникова Тульский государственный университет, Тула Лабораторная установка позволяет изучить устройство и принцип действия полупроводниковых излучающих диодов, физические и конструктивные факторы, влияющие на индикатрисы излучения.

Принцип действия светодиодов основан на явлении электролюминесценции при протекании тока в структурах с p-n переходом. Светодиоды выполняют функции, противоположные функциям фотоприемников, т.е. эффективно преобразуют электрическую энергию в световую.

Основными параметрами ПИД являются квантовая эффективность, мощность излучения (яркость), время нарастания и спада импульса излучения, угол излучения. К основным характеристикам ПИД относятся спектральная характеристика излучения, яркостная характеристика, вольт-амперная характеристика, индикатриса излучения.

Установка состоит из делительной головки (1) на поворотном устройстве (4) которой закреплен кронштейн (5) со светоизлучающими диодами (6), фотоприемного устройства (7) с фотодиодом, расположенным в фокальной плоскости объектива (8).(см. рис.) Схема лабораторной установки Питание на светодиоды (6), фотоприемное устройство (7), АЦП (13) и ЭВМ (13) подается от источника питания (10). Сигнал от фотоприемника (7) поступает на АЦП (13) и в ПЭВМ (13).

К светодиодам (6) закрепленным на поворотном устройстве (4)подается напряжение равное В. Для этого провод (11) подключается к колодке находящейся на кронштейне (5). Питание на фотоприемное устройство осуществляется по проводу (9) соединением разъемов XS1 и XP1.

Питание АЦП и ЭВМ (13) осуществляется по проводу (18) идущему на разъем XS3 (14). Провод (19) с разъемом XS2 подключается к разъему XP2 (15). Кронштейн (5) крепится на поворотном устройстве (4) таким образом, чтобы оптические оси фотоприемного устройства (7) и светоизлучающих диодов (6) совпадали. Ручка (3) делительной головки (1) предназначена для поворота кронштейна на заданный угол. Наглазник (2)предназначен для точного отсчета угла наклона делительной головки (1). На мониторе (16) выводится индикатриса излучения светодиодов (6).

Секция 3. Интеграция учебного и научно-исследовательского процессов Секция 4. Учебная лаборатория Секция 4. Учебная лаборатория ОГЛАВЛЕНИЕ стр.

АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГЛАЗА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РАСЧЁТАХ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ ИНТРАОКУЛЯРНЫХ ЛИНЗ ДЛЯ ПАЦИЕНТОВ, ПЕРЕНЁСШИХ РЕФРАКЦИОННЫЕ ОПЕРАЦИИ……………………………………………………………………………… Чепкасов Е.В., Соболев А.Б.

Уральский государственный технический университет, Екатеринбург ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ СВОЙСТВ УЗКОПОЛОСНЫХ ГОЛОГРАММНЫХ ФИЛЬТРОВ ИЗ КОМПЛЕКТА «HOLOS»…………………………………………………………………… Беляков Ю.М. 1, Вендеревская И.Г. 2, Лукин А.В. 2, Мельников А.Н. 2, Рафиков Р.А.2, Саттаров Ф.А. Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, Казань Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение «Государственный институт прикладной оптики», Казань РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ………………………………………… Подмастерьев К.В., Марков В.В.

Орловский государственный технический университет, Орел ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПРАКТИКУМ «ОПТОИНФОРМАТИКА» …………………………………… Козлов С.А., Андреева О.В., Артемьев С.В., Васильев В.Н., Павлов А.В., Парамонов А.А., Кушнаренко А.П., Андреев Н.В.

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург ПРИБОРНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА «СВЕТОТЕХНИКА» (ФОТОМЕТРИЯ) Кузьмин В.Н., Томский К.А., Денисюк А.И., Троицкий А.С.

Научно-техническое предприятие «ТКА», Санкт-Петербург КОМПЛЕКСНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ»…………………………………………………….. Горбачев А.А., Коротаев В.В., Краснящих А.В., Тимофеев А.Н.

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ОСЛАБИТЕЛЕЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВКАХ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИЕМНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ……………………………………………………………………………………………………….. Мальцева Н.К.

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург Секция 4. Учебная лаборатория ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ И СИСТЕМЫ КОМАНД УНИФИЦИРОВАННОГО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО МОДУЛЯ …………………………….. Андреев А.Л.

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ И ИМИТАЦИОННЫХ РАБОТ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ НА ПРИМЕРЕ ЛАБОРАТОРНОГО КУРСА "ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ"……………………………………………………………………………………………….

Иволгин В.Б., Коханенко А.П.

Томский государственный университет, Томск АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ ПО ИЗМЕРЕНИЮ СВОЙСТВ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ………………………………………………………………….. Войцеховский А.В., Григорьев Д.В., Коханенко А.П., Усманов С.Р.

Томский государственный университет, Томск СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД В ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА НА ПРИМЕРЕ ЛАБОРАТОРНОГО КУРСА "ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ"……………………… Иволгин В.Б., Коханенко А.П.

Томский государственный университет, Томск УЧЕБНО-ЛАБОРАТОРНЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ИНФРАКРАСНЫХ ДЕТЕКТОРОВ……………………………………………………………………………….

Войцеховский А.В., Несмелов С.Н., Дзядух С.М.

Томский государственный университет, Томск УЧЕБНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ ПРИБОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ……………………………………………………………………………………… Малютин Д.М.

Тульский государственный университет, Тула ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ» ………………. Аджиев Д.С., Савинов А.Н.

Тульский государственный университет, Тула ВИРТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ШУМОВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ…………………………………………………………………………………. Шиндор О.В.

Филиал «Восток» Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, Чистополь Секция 4. Учебная лаборатория Секция 4. Учебная лаборатория АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГЛАЗА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РАСЧЁТАХ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ ИНТРАОКУЛЯРНЫХ ЛИНЗ ДЛЯ ПАЦИЕНТОВ, ПЕРЕНЁСШИХ РЕФРАКЦИОННЫЕ ОПЕРАЦИИ Е.В. Чепкасов, А.Б. Соболев Уральский государственный технический университет, Екатеринбург Существующие методики расчёта интраокулярных линз достаточно точны в применении к «стандартным» глазам, однако дают существенную недокоррекцию (или перекоррекцию) в случаях операционного вмешательства по повышению остроты зрения. Целью работы было определить наиболее точные методики расчёта и основные источники ошибок.

Существует несколько операций по улучшению остроты зрения – рефракционная кератэктомия (РК), фоторефракционная кератэктомия (ФРК) и Laser-in-situ (LASIK). РК использовалась на протяжении нескольких десятилетий, затем начали применяться методы эксимер-лазерной хирургии (ФРК и LASIK). Улучшение остроты зрения происходит за счёт изменения кривизны передней поверхности роговицы.

Другим видом операций является экстракция катаракты с имплантацией интраокулярных линз (ИОЛ), причем этот вид операций является, по-видимому, наиболее распространенным. Параметры ИОЛ рассчитываются по определенным схемам, однако, поскольку они зависят от кривизны роговицы, для пациентов, перенёсших ранее рефракционную операцию на роговице, возникает проблема определения параметров ИОЛ.

Основная формула для расчёта ИОЛ выведенная на основе гауссовой оптики:

1336 IOL e =, AL0 ELP0 ELP + K V DPostRx где K0 – оптическая сила роговицы, AL0 – оптическая аксиальная длина, IOLe - эффективная сила ИОЛ, ELP0 – эффективная позиция линзы, DPostRx – требуемая рефракция и V – вертексное расстояние при требуемой рефракции.

Данная формула не учитывает некоторых особенностей, возникающих при использовании различных измерительных приборов. Аксиальная длина, измеренная оптическим методом, отличается от измеренной ультразвуковым на толщину ретины (расстояние между витреоретинальной поверхностью и зрительными элементами).

При определении преломляющей силы роговицы вместо стандартизованного индекса рефракции роговицы (1,3375) следует пользоваться индексом, предложенным Бинкхорстом, – 4/3, поскольку стандартизованный выводился из приближения того, что передний и задний радиусы роговицы одинаковы, на самом деле, задний на 1,2 мм больше переднего. Эффективная позиция линзы вообще рассчитывается из опыта хирурга, работавшего ранее с подобными ИОЛ.

Секция 4. Учебная лаборатория Основные величины для расчёта ИОЛ оптическая аксиальная длина ультразвуковая аксиальная длина ELP V ИОЛ Рис. Существует три поколения формул для расчёта силы ИОЛ: «точные» (Binkhorst, Colenbrander, Hoffer-Colenbrander, Thijssen), «регрессионные» (SRK I, SRK II, Gills, АХТ, Thompson-Maumenee, Donzis-Kastl-Gordon) и «смешанные» (Binkhorst II, SRK/T, Holladay, Haigis, Hoffer Q).

«Точные формулы» выводились из условия фокусировки параксиальных лучей на сетчатке в соответствии с законами геометрической оптики. Регрессионные создавались на основе клинического материала имплантаций и по дооперационным данным и послеоперационным результатам ретроспективно подгонялась математическая зависимость рефракции ИОЛ от этих данных.

Зависимость вычислялась по методу наименьших квадратов. Регрессионные формулы отличаются между собой тем, что основываются на данных различных нозологических групп.

Авторы SRK предложили каждую выпускаемую ИОЛ снабжать константой А, характеризующей положение линзы в глазе. Для определенных типов линз константа А была определена по клиническим данным. Однако рефракционные ошибки при имплантации ИОЛ продолжали иметь место, что привело к третьему этапу развития — появлению «смешанных» формул на базе «точных»

оптических с расчетом некоторых коэффициентов по эмпирическим данным.

Выявленные источники ошибок при расчёте силы ИОЛ следующие:

• Зависимость результата от исполнителя.

• Неверное измерение аксиальной длины глаза. При измерении ультразвуковым методом, необходимо знать скорость распространения ультразвука в глазе.

• Неверное определение положения ИОЛ. До операции точно определить положение ИОЛ невозможно, поэтому приходится опираться на статистические данные.

• Неверное определение рефракции роговицы. Кератометры и кератотопографы вычисляют рефракцию на основании кривизны передней поверхности роговицы, измеряя последнюю в нескольких точках и затем аппроксимируя. Если пациенту ранее проводили рефракционную операцию, точность аппроксимации значительно уменьшается.

• Линзы от различных производителей с одинаковыми параметрами (дизайн оптической и гаптической частей, материал) нередко имеют значительную разницу в А-константе.

• Нестабильность кривизны роговицы после операции.

• Неверный выбор формул для расчета ИОЛ.

Опытным путём в Екатеринбургском центре МНТК «Микрохирургия глаза» установлено, что наиболее точными считаются формулы SRK/T, Holladay 2 и Hoffer Q, хотя и они нередко дают неверный результат (ошибка до 8-10 дптр) Секция 4. Учебная лаборатория ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ СВОЙСТВ УЗКОПОЛОСНЫХ ГОЛОГРАММНЫХ ФИЛЬТРОВ ИЗ КОМПЛЕКТА «HOLOS»

Ю.М. Беляков 1, И.Г. Вендеревская 2, А.В. Лукин 2, А.Н. Мельников 2, Р.А. Рафиков 2, Ф.А. Саттаров Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, Казань Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение «Государственный институт прикладной оптики», Казань Приведены состав, технические характеристики и применение комплекта голограммных оптических элементов «HOLOS», предлагаемого для использования в учебных и исследовательских работах. Рассматриваются методические материалы для лабораторных работ на основе применения узкополосных голограммных фильтров из комплекта «HOLOS».

Комплект голограммных оптических элементов “HOLOS” разработан ФГУП «НПО ГИПО»

совместно с кафедрой оптико-электронных систем КГТУ им. А.Н. Туполева [1]. Комплект “HOLOS” предназначен как для учебно-демонстрационных, так и для исследовательских работ.

Из всего многообразия возможных лабораторных работ, которые можно реализовать, используя комплект “HOLOS”, рассматриваются лабораторные работы, основанные на применении узкополосных голограммных фильтров (УГФ).

УГФ (в зарубежной литературе часто применяется термин-аналог «Notch-фильтр») предназначены для значительного (до 10-6) ослабления лазерного излучения (например, при визуальном наблюдении), выделения одной лазерной длины волны, могут использоваться взамен диэлектрических узкополосных фильтров. УГФ обладают очень узкой полосой поглощения на заданной длине волны, а их равномерно высокое пропускание вне полосы подавления позволяет обнаруживать слабые сигналы с тонкой структурой. УГФ представляют собой желатиновую пленку, в которой с помощью интерференции создается периодическая структура синусоидальной модуляции показателя преломления желатины (коэффициент модуляции 0,02) перпендикулярно поверхности пленки. С физической точки зрения такая структура является известным Брэгговским отражателем [2].

Предлагается поставить следующие лабораторные работы:

- исследование спектральной кривой пропускания УГФ;

- измерение коэффициента подавления УГФ на заданной длине волны.

Приводятся методические материалы, блок-схемы измерительных установок, порядок выполнения работы и примеры обработки результатов.

Литература 1. Беляков Ю.М., Лукин А.В., Мельников А.Н., Рафиков Р.А., Саттаров Ф.А. Комплект голограммных оптических элементов «HOLOS» как техническое средство обучения //Вестник КГТУ им. А.Н.

Туполева, 2003, № 3. – С. 20 – 23.

2. Кольер Р., Беркхарт К., Лин А. Оптическая голография. – М.: Мир, 1973. – 686с.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ К.В. Подмастерьев, В.В. Марков Орловский государственный технический университет, Орел Рассмотрена проблема измерения частоты вращения подвижных деталей подшипника качения при контроле его технического состояния электрорезистивными методами. Предложен преобразователь частоты с оптическими чувствительными элементами. Представлены результаты экспериментальных исследований технических характеристик преобразователя, даны рекомендации по его эффективному применению.

Подшипники качения являются одними из наиболее широко распространенных элементов машин и механизмов, поэтому задача контроля и прогнозирования их технического состояния является достаточно актуальной.

При контроле состояния подшипников электрорезистивными методами, известными благодаря своей универсальности, достоверности и относительной безынерционности, часто возникает потребность в измерении частоты вращения подвижных деталей объекта, например, колец и Секция 4. Учебная лаборатория сепаратора. Если размеры подшипника малы, то измерить частоты вращения его деталей достаточно сложно.

Для решения этой проблемы предложен входящий в состав компьютеризированной измерительной системы [1] преобразователь частоты вращения, особенностью которого является использование серийно выпускаемых оптических чувствительных элементов НОА 1406-003 и НОА 1404-003.

С целью подтверждения возможности использования разработанного преобразователя для решения задач контроля подшипников качения проведены экспериментальные исследования его технических характеристик. Исходными данными для исследований являлись паспортные данные чувствительных элементов. В ходе исследований решались следующие задачи:

– исследование минимальной ширины учитываемой метки;

– исследование размеров зоны срабатывания преобразователя при изменении расстояния до объекта;

– исследование динамических характеристик преобразователя частоты.

Экспериментальная установка включала в себя компьютеризированную измерительную систему с исследуемым преобразователем частоты, два чувствительных элемента и механический испытательный стенд, предназначенный для перемещения относительно чувствительных элементов преобразователя меток различных размеров. Погрешность регулирования положения магазина меток относительно чувствительного элемента составляла 5 мкм. Магазин меток представлял собой белую полосу с набором черных меток разной ширины: 5, 4, 3, 2, 1, 0,5 и 0,1 мм. Для проведения эксперимента была разработана соответствующая методика [1].

На основании проведенных экспериментальных исследований преобразователя частоты в статическом режиме получены следующие результаты:

1) значение минимальной ширины гарантированно учитываемой метки для элемента НОА 1406 003 составило 1 мм, а для элемента НОА 1404-003 – 2 мм;

2) при использовании объекта с выступающими элементами расстояние до тестовой поверхности для элемента НОА 1406-003 составило Lt = 4,48…5,19 мм, а для элемента НОА 1404- – Lt = 1,73…2,61 мм;

3) для обеспечения устойчивой работы преобразователя частоты торцевое биение подвижных частей объекта не должно превышать значений: для элемента НОА 1406-003 Lср = 4,83 мм, для элемента НОА 1404-003 Lср = 2,15 мм.

Экспериментальные исследования динамических характеристик преобразователя частоты позволили сформулировать следующие рекомендации по заданию конструктивных размеров подвижной части (ротора) изделия:

1. В качестве ротора целесообразно использовать диск белого цвета с равномерно нанесенными на него зачерненными секторами.

2. Число зачерненных секторов должно выбираться в интервале от Nmin до Nmax, определяемых из выражений [1]:

N min = 100 %;

Fmin tизм (1) N = max 2 F t ;

max min где Fmin, Fmax – соответственно, верхний и нижний пределы измерения частоты вращения деталей;

tизм – время измерения частоты;

tmin – время прохождения зачерненного сектора в зоне действия чувствительного элемента, достаточное для его срабатывания;

– допустимая относительная погрешность измерения частоты (задает пользователь).

3. Радиус r диска в области размещения чувствительного элемента должен быть достаточным для обеспечения условия статического срабатывания преобразователя:

N hСТ r ;

(2) где N – число зачерненных секторов на диске;

hСТ – ширина сектора, при которой происходит гарантированное срабатывание чувствительного элемента преобразователя в статическом режиме работы.

Секция 4. Учебная лаборатория Результаты исследований позволили сделать следующие выводы:

1. Разработанный преобразователь частоты является эффективным средством измерения, регистрации и контроля частоты вращения подвижных частей малогабаритных деталей, в частности, колец и сепаратора шариковых подшипников.

2. Конструктивные особенности чувствительных элементов и выявленные в ходе исследований их технические характеристики позволили рекомендовать элемент НОА 1406-003 для измерения частоты вращения вала (при возможности размещения на нем диска с контрастными секторами), а элемент НОА 1404-003 – для измерения частоты вращения деталей с выступающими элементами (например, сепаратора подшипника).

Разработанный преобразователь частоты успешно применяется в научных исследованиях и в учебном процессе Орловского государственного технического университета по ряду дисциплин специальности 190100 «Приборостроение».

Литература 1. Подмастерьев К.В. Система сбора и анализа данных для трибометрии и трибодиагностики /Подмастерьев К.В., Пахолкин Е.В., Мишин В.В., Марков В.В. //Сборник трудов международной научно-технической конференции «Приборостроение-2002». – Винница – Алупка, 2002. – 235 с.:

ил. С. 204-206.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПРАКТИКУМ «ОПТОИНФОРМАТИКА»

С.А. Козлов, О.В. Андреева, С.В. Артемьев, В.Н. Васильев, А.В. Павлов, А.А.Парамонов, А.П. Кушнаренко, Н.В. Андреев Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург Сообщается о создании первой учебной лаборатории по базовой дисциплине «Основы оптоинформатики» нового направления подготовки бакалавров и магистров 554600 - «Фотоника и оптоинформатика», которое создано по приказу № 1925 от 23.04.2004 Министерства образования Российской Федерации.

Создана базовая учебная лаборатория оптоинформатики для нового образовательного направления «Фотоника и оптоинформатика». Лаборатория состоит из экспериментальных стендов, обеспечивающих практическое изучение технологий передачи, записи и хранения, преобразования и обработки информации, а также оптических технологий для систем искусственного интеллекта.

На сегодняшний день практикум включает следующие лабораторные работы:

1. Изучение параметров полупроводникового лазера.

2. Оптоволокно и элементы волоконно-оптических линий связи. Их основные характеристики.

3. Световой жгут как средство передачи информации. Изучение его характеристик.

4. Информационные возможности и основные свойства объёмных голограмм.

5. Мультиплексные голограммы (объёмные голограммы с наложенной записью) как элементы оптической памяти и их информационная ёмкость.

6. Пространственная фильтрация излучения объёмными голограммами – возможность выделения полезных сигналов на фоне случайных помех (слабый сигнал на фоне сильных помех, «чистка» лазерного излучения).

7. Оптическая обработка информации с помощью Фурье-голограмм.

8. Оптический процессор, выполняющий векторно-матричное умножение.

9. Оптический вентиль нечёткой (многозначной) логики.

Предполагается тиражирование данной лаборатории для учебных заведений, готовящих специалистов в области информационных и оптических технологий.

ПРИБОРНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА «СВЕТОТЕХНИКА» (ФОТОМЕТРИЯ) В.Н. Кузьмин, К.А. Томский, А.И. Денисюк, А.С. Троицкий Научно-техническое предприятие «ТКА», Санкт-Петербург Создание унифицированного комплекта фотометрических приборов и оборудования для оснащения учебных лабораторий, а также для выполнения НИОКР. Разработка методического обеспечения раздела «Фотометрия» курса «Светотехника». Опыт проведения практических занятий на базе современного приборостроительного предприятия.

Секция 4. Учебная лаборатория Основная задача, стоявшая перед авторами, – дать возможность слушателям освоить основы светотехники, изучить особенности оптического излучения, методы и средства его преобразования и измерения, ознакомить с основами цветового восприятия, воспроизведения и измерения цвета.

Для решения поставленной задачи создан комплект приборов для комплексного измерения основных световых параметров источников излучения в видимой области спектра: координат цветности, коррелированной цветовой температуры, коэффициента пульсации, яркости и освещенности, создаваемой этими источниками. В состав комплекта вошли:

• Колориметр «ТКА – ИЦТ» [1], предназначенный для измерения координат цветности источников излучения х, у;

коррелированной цветовой температуры Тц, яркости протяженных самосветящихся источников L и освещенности Е.

Технические характеристики колориметра «ТКА-ИЦТ» приведены в таблице:

Измеряемый параметр Диапазон Погрешность, измерения не более Освещенность, лк 10 – 200 000 3% Яркость, кд/м2 10 – 20 000 5% Координаты цветности, х, у 0, Коррелированная цветовая 1500 – 16 000 3% температура, К • Люксметр + Яркомер «ТКА - 04/3», предназначенный для измерения освещенности в диапазоне 10 – 200 000 лк с погрешностью 8% и яркости самосветящихся, протяженных объектов накладным способом в диапазоне 10 – 200 000 кд/м2 с погрешностью 10%.

Прибор разработан и широко применяется при контроле качества видеотерминалов и при аттестации рабочих мест на соответствие требованиям СанПиН 2.2.2.542-96, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под N 24248-03.

• Для дистанционного определения яркости протяженных источников разработан недорогой, отвечающий современным метрологическим и техническим требованиям прибор кинопроекционный яркомер «ТКА–ЯР»

[2], представляющий собой портативный, малогабаритный прибор с автономным питанием, снабженный функцией запоминания результата измерения («Hold»), позволяющий производить наводку на измеряемый объект с помощью лазерного прицела.

Секция 4. Учебная лаборатория • Дополняет этот ряд прибор для определения коэффициента пульсации источников излучения и освещенности Пульсметр - Люксметр «ТКА – Пульс» [3].

Прибор имеет следующие технические характеристики: диапазон измерения коэффициента пульсации 0 – 100 %, диапазон измерения освещенности 10 – 200 000 лк, погрешность измерения не превышает %. В 2003 году прибор был отмечен дипломом «Лучший прибор года».

Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под N 25870-03.

Во время практических занятий студентов использовались установки действующего производства для выполнения следующих работ:

• Снятие характеристики спектральной чувствительности фотодиода для комплектации фотоприемных устройств (ФПУ) люксметра и яркомера;

• Подбор коррегирующих фильтров для приведения спектральной чувствительности ФПУ к спектральной эффективности V();

• Расчет погрешности коррекции ФПУ на ЭВМ;

• Проверка интегральной чувствительности и линейности люксметра и яркомера на специальном оптическом стенде;

• Расчет общей относительной погрешности серийных образцов люксметров и яркомеров;

• Измерение спектрального состава различных источников оптического излучения и расчет цветовых характеристик.

• Знакомство с работой спектральных и интегральных колориметров, специальных кинопроекционных яркомеров, денситометров и пульсметров (все приборы серийно выпускаются на НТП «ТКА»).

Для лучшего освоения материала, подготовлено и издано учебное пособие «Основы светотехники» [4] и монография «Светотехнические измерения» [5], в которых изложены основы светотехники, параметры и характеристики источников излучения, особое внимание уделено излучающим светодиодам и источникам когерентного излучения. Книги дополнены материалами по теории цвета, цветовым измерениям и по метрологическому обеспечению светотехнических измерений.

Литература 1. Денисюк А.И., Ишанин Г.Г., Кузьмин В.Н., Томский К.А. Новый колориметр «ТКА-ИЦТ». - СПб.:

Известия ВУЗов, Приборостроение. - 2004, №6.

2. Кузьмин В.Н., Томский К.А. Фотометрические приборы в кинопроцессе и их метрологическое обеспечение. Проблемы развития техники и технологии кино и телевидения. Сборник научных трудов. Вып. 16. - СПб.: СПбГУКиТ. - с. 49-53.

3. Кузьмин В.Н., Томский К.А., Троицкий А.С. Измерение пульсаций источников излучения. Светотехника, 2004, №1. - с. 32-33.

4. Ишанин Г.Г., Козлов М.Г., Томский К.А. Основы светотехники. Уч. пос. - СПб., 2004.

5. Козлов М.Г., Томский К.А. Светотехнические измерения. - СПб, 2004.

КОМПЛЕКСНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ»

А.А. Горбачев, В.В. Коротаев, А.В. Краснящих, А.Н. Тимофеев Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург Доклад посвящен разработанной в СПбГУ ИТМО лабораторной установке по дисциплине «Измерительные оптико-электронные приборы и системы». Рассматривается работа установки и ее использование в учебном процессе.

В докладе рассматривается комплексная лабораторная установка по дисциплине «Измерительные оптико-электронные системы», разработанная на кафедре Оптико-электронных приборов и систем.

Секция 4. Учебная лаборатория 8 15 2 4 11 9 6 Рис. 1. Общий вид лабораторной установки 1 – скамья, 2 – телевизионный датчик (ТД), 3 – источник излучения, 4 – отражатель, 5 – двухкоординатная подвижка, 6 – стойка ТД, 7 – каретка, 8 – блок предварительной обработки информации (БПОИ), 9 – блок управления источником излучения, 10 – дополнительный монитор (ВКУ), 11 – блок питания ВКУ, 12 – блок питания БПОИ, 13 – преобразователь интерфейса, 14 – компьютер, 15 – фокусировочная ручка.

Оптико-электронная система позволяет находить комплекс параметров, определяющих взаимное положение разнесенных в пространстве объектов:

• параметры линейной и угловой ориентации контролируемого объекта • дистанцию до контролируемой точки;

• прямолинейность направляющих;

• прогиб конструкции.

Студенты, выполняющие лабораторные работы на установке, смогут закрепить следующие навыки и умения:

• исследование составляющих инструментальной погрешности системы;

• определение нормируемых метрологических характеристик системы.

Кроме того, на лабораторной установке можно исследовать точностные характеристики измерительного канала системы в зависимости от:

• тока полупроводниковых излучающих диодов;

• размера изображения марки;

• фоновых условий.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ОСЛАБИТЕЛЕЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВКАХ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИЕМНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Н.К. Мальцева Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург Представлены характеристики оптического ослабителя источника калибровочного излучения типа «абсолютно чёрное тело», используемого в установке для исследования приемников оптического излучения.

При подготовке современных инженеров-оптотехников ставится задача привития практических навыков для исследования приемников оптического излучения (ПОИ).

Для испытания, аттестации и энергетической калибровки ПОИ необходимы либо эталонные источники излучения, либо эталонные приемники. Проще создать эталонный источник излучения. В качестве эталонного источника излучения в лабораторных установках и стендах для испытания ПОИ ИК - диапазона, обычно используются высокотемпературные калибровочные излучатели типа "абсолютно черное тело" (АЧТ). Современные ПОИ должны сохранять работоспособность в широком динамическом диапазоне освещенностей 10-6 - 10-12 [Вт/см2]. Поэтому в лабораторных установках калибровочные источники типа АЧТ дополняют фотометрическими ослабителями (ФМО), к которым предъявляются высокие требования по точности воспроизведения всех характеристик исходного излучения.

Методы ослабления потока излучения эталонного источника можно разделить на две группы:

«френелевские» и «рассеивающие».

Секция 4. Учебная лаборатория 1. «Френелевские методы» используют частичное отражение потока падающего излучения на границе раздела двух сред. Закономерности этого отражения для каждой поляризации описываются простыми формулами Френеля, что позволяет, изменяя угол падения и зная коэффициент преломления n() оптической среды, гибко и стабильно варьировать спектральные коэффициенты ослабления в широком динамическом диапазоне и при этом учесть зависимость поляризационных искажений от угла падения. К сожалению френелевское отражение искажает пространственную структуру падающего потока и поляризует его.

2. «Рассеивающие методы» используют для ослабления потока излучения изменение телесного угла, в пределах которого поток излучения регистрируется фотоприемником. В частности, «рассеивающий метод» положен в основу работы фотометрического шара (ФМШ), который также можно рассматривать как ослабитель потока падающего излучения. ФМШ не позволяет гибко управлять ослаблением потока излучения, но зато деполяризует падающее излучение и преобразует его пространственную структуру в пространственную структуру, описываемую законом Ламберта:

яркость излучения равномерно распределена как по излучающей площадке источника, так и по направлениям в пространстве.

ФМО калибровочного излучения должен позволять гибко менять коэффициент ослабления в широком динамическом диапазоне при сохранении всех других его характеристик: пространственной структуры потока и его деполяризации. Как говорилось выше, в качестве эталонного источника калибровочного излучения обычно используется источник типа АЧТ, пространственная структура излучения которого подчиняется закону Ламберта.

Объединяя ослабители, построенные на разных методах ослабления, можно усилить их достоинства и скомпенсировать их недостатки. Поэтому представляется целесообразным построить ФМО по двухступенчатой схеме. Первая ступень - «френелевский ослабитель», позволяющий гибко и стабильно варьировать спектральные коэффициенты ослабления в широком динамическом диапазоне. Однако он изменяет поляризацию и пространственную структуру падающего потока.

Вторая ступень – ФМШ [2], который деполяризует ослабленное излучение и возвращает ему пространственную структуру ламбертова источника. Таким образом, на выходе ФМО создается излучение с той же пространственной структурой, что и излучение АЧТ. Исчерпывающей фотометрической характеристикой ламбертовых источников является яркость, поэтому назовём ФМО, сохраняющий ламбертову структуру излучения, фотометрическим ослабителем яркости (ФМОЯ).

Основной характеристикой оптического ослабителя является спектральный коэффициент ослабления (СКО) [1]. Алгоритм расчета СКО различных схем ФМОЯ реализован в виде программы, написанной на языке TURBO PASCAL 7.0. Ниже приведен перечень вариантов схем и комбинаций ослабляющих элементов, которые были просчитаны по описанной программе:

1. Без фотометрического шара (ФМШ) с использованием схем из:

четырех зеркал с покрытием из алюминия;

трёх зеркал и одного клина из стекла СТК19 (либо БФ28, либо К14);

двух зеркал и двух клиньев из стекла СТК19 (либо БФ28, либо К14).

2. С ФМШ с покрытием из алюминия (меди или серебра) и системой из:

четырех зеркал с покрытием из алюминия;

трёх зеркал и одного клина из стекла СТК19 (либо БФ28, либо К14);

двух зеркал и двух клиньев из стекла СТК19 (либо БФ28, либо К14).

Расчеты СКО показали, что:

1. Использование ФМШ в качестве одной из ступеней ФМОЯ позволяет сохранить спектральный состав преобразованного потока излучения с погрешностью 14%. Конструктивно такой ФМШ должен иметь серебряное покрытие внутренней полости и, во избежание окисления покрытия, возможность заполнения полости инертным газом (азотом).

2. Варианты схем ФМОЯ, включающие только френелевскую ступень, позволяют рассчитывать на идентификации спектральных составов излучения от AЧТ и выходящего из ФМОЯ в диапазоне длин волн 1-5.5 мкм не хуже 20% 3. При введении в состав ФМОЯ поочередно различных схем, обеспечивает динамический диапазон коэффициента ослабления яркости от 40 – 240 Дб (2 ·102 до 2·106) при спектральных искажениях в пределах 20%.

Литература 1. А.с. 1242719 СССР, МКИ GO1 J 1/02. Фотометрический ослабитель. /Ильинский А.В., Ишанин Г.Г., Мальцева Н.К. (СССР) – Заявл. 01.09.84, опубл. 07.08.86 – Бюл. № 2. Воронков Г.Л. Ослабители оптического излучения. - Л.: Машиностроение, 1980 – 98 c.

Секция 4. Учебная лаборатория ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ И СИСТЕМЫ КОМАНД УНИФИЦИРОВАННОГО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО МОДУЛЯ А.Л. Андреев Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург Рассматривается лабораторный комплекс для изучения методики проектирования, а также программирования функций отдельных узлов унифицированного модуля, входящего в состав оптико электронных приборов и систем различного назначения.

Существенное сокращение сроков разработки оптико-электронных приборов и систем различного назначения возможно путём создания унифицированных модулей, включающих комплекс аппаратных средств, используемых для управления источниками и приёмниками излучения, а также накопления и цифровой обработки данных.

Лабораторный комплекс для изучения вопросов аппаратной реализации и программирования функций отдельных компонентов подобных модулей включает 6 – 8 рабочих мест. Каждое из них оборудовано однотипным учебно-лабораторным модулем (УЛМ), а также вспомогательными средствами: эмулятором ПЗУ (для обеспечения возможности редактирования управляющих программ), персональным компьютером (ПК) и соединительным кабелем (для сопряжения УЛМ с ПК через последовательный порт). УЛМ реализован на двусторонней печатной плате, которая размещена в защитном корпусе с прозрачной крышкой, позволяющей студентам хорошо видеть расположение основных компонентов схемы. Кроме того, внутри корпуса имеется достаточное пространство для подключения к специально предусмотренным разъёмам дополнительных внешних элементов (светодиоды, фотоприёмники и др. в зависимости от тематики лабораторной работы).

Состав аппаратных средств учебного лабораторного модуля включает следующие функциональные узлы:

– два однокристальных микроконтроллера со встроенными 8-ми разрядными АЦП, в том числе: центральный процессор (x51-совместимый микроконтроллер) и процессор управления внешними устройствами (PIC16C711);

– ЖКИ – дисплей (текстовый или графический);

– клавиатура;

– две микросхемы энергонезависимой памяти EEPROM с последовательным доступом по протоколу обмена I2C;

– ряд комбинационных схем среднего уровня интеграции: мультиплексор, дешифратор, логические элементы и др.;

– микросхема календарь-часы реального времени;

– индикаторные светодиоды, оптронные пары и другие элементы схемы для сопряжения УЛМ с последовательным портом ПК;

– операционные усилители, используемые в цепях приёма внешних аналоговых сигналов и сопряжения со встроенными АЦП;

– элементы схемы, используемые для управления внешними устройствами, например светодиодами;

– термодатчик и датчик опорного напряжения, а также ряд вспомогательных компонентов:

DC-DC-конвертор напряжения, динамик-зуммер, разъёмы и колодки для подключения внешних сигналов и управляемых устройств, колодка для подключения ППЗУ памяти программ (или эмулятора ПЗУ при изучении процесса отладки программного обеспечения).

Помимо иллюстрации готовых решений (принципиальная схема модуля, конструктивная реализация и техническая документация) описанная структура УЛК позволяет фронтальным методом в интерактивном режиме организовать лабораторный практикум по изучению следующих вопросов:

1. Архитектура и система основных команд x51-совместимых микроконтроллеров. Изучение среды программирования для разработчика.

2. Архитектура и система основных команд микроконтроллеров семейства PIC16CXX.

Изучение среды программирования для разработчика.

3. Управление клавиатурой и внешними цепями включения светодиодов.

4. Устройство, принцип работы ЖКИ-дисплея, система команд и управляющих сигналов.


5. Энергонезависимая память EEPROM с последовательным доступом (система команд и управляющих сигналов). Пример её использования для записи протокола событий с привязкой к реальному времени и дате.

Секция 4. Учебная лаборатория 6. Стандартный протокол последовательного обмена I2C при реализации взаимодействия между отдельными компонентами УЛМ и внешними устройствами.

7. Использование встроенного АЦП для реализации режима периодического контроля температуры с помощью термодатчика в составе УЛМ, и др.

Следует добавить, что при условии использовании дополнительных конструктивных элементов (не входящих в состав УЛМ) могут быть реализованы дополнительные возможности по расширению сферы применения лабораторного комплекса в учебном процессе. В качестве примера назовём следующие:

– Реализация оптического цифрового канала связи в пределах лаборатории между отдельными рабочими местами студентов.

– Подключение многоэлементных ФПУ параллельного типа (например, разрезных фотодиодов) в быстродействующих системах оптической пеленгации.

– Подключение оптико-электронных модулей, использующих линейку ФПЗС или других типов многоэлементных ФПУ с последовательным опросом.

– Реализация модели системы охранной или пожарной сигнализации при использовании внешних датчиков инфракрасного диапазона, пироэлектрических датчиков, пожарных извещателей и др.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ И ИМИТАЦИОННЫХ РАБОТ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ НА ПРИМЕРЕ ЛАБОРАТОРНОГО КУРСА "ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ" В.Б. Иволгин, А.П. Коханенко Томский государственный университет, Томск Стремительное развитие волоконно-оптической техники накладывает определенные требования на качество подготовки специалистов в ВУЗах, поэтому востребованность теоретического курса по волоконно-оптическим системам связи (ВОСС) является очевидной. Однако без проведения лабораторных работ такое обучение будет неполным. С другой стороны высокая стоимость и трудоемкость изготовления оптических стендов для проведения практических лабораторных работ побуждает более широко использовать вычислительные и так называемые имитационные работы.

В составе разработанного и созданного учебно-методического комплекса лабораторных работ используются следующие вычислительные эксперименты:

1. Моделирование параметров фотоприемных устройств;

2. Изучение факторов, влияющих на информационно-пропускную способность ВОСС (построение "глаз-диаграммы");

3. Расчет параметров согласующей градиентно-стержневой линзы.

Для каждого вычислительного эксперимента составлены методические указания, содержащие как теоретические основы, так и описание хода выполнения работы. Список контрольных вопросов и литература для дополнительной подготовки дополняют методические указания.

Одним из важнейших параметров оптического волокна является дисперсия оптического сигнала, как величина, ограничивающая общую пропускную способность ВОСС. Этому явлению посвящено учебное пособие: "Дисперсия оптических волокон". В теоретической части пособия представлено описание причин возникновения дисперсии, рассмотрена ее физическая сущность, а также современные методы ее измерения. Экспериментальная часть представляет собой имитационный эксперимент по измерению дисперсии в различных оптических волокнах при использовании в качестве источника излучения полупроводниковый лазер (ППЛ) или светоизлучающий диод (СИД). Лабораторная установка это радиотехническая модель распространения импульсов оптического излучения в волокне при влиянии дисперсионных процессов. В работе предлагается измерить дисперсию в трех различных оптических волокнах:

• Ступенчатое • Градиентное • Одномодовое.

При этом возможно использование двух типов источников: ППЛ или СИД. Интерес проводимой работы заключается в том, что студенты не знают, на каком типе оптического волокна они проводят измерение в данный момент. Требуется, измерив величину дисперсии в трех волокнах, определить тип каждого. В ходе работы студенту необходимо провести большой объем измерений с помощью осциллографа. Для решения поставленной задачи необходимы глубокие и систематические знания теоретической части. Работу завершает анализ полученных результатов и ответы на контрольные вопросы.

Секция 4. Учебная лаборатория Таким образом, широкое использование вычислительных и имитационных экспериментов является эффективным дополнением к теоретическому курсу по ВОСС, позволяющие в значительной мере улучшить процесс обучения студентов.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ ПО ИЗМЕРЕНИЮ СВОЙСТВ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ А.В. Войцеховский, Д.В. Григорьев, А.П. Коханенко, С.Р. Усманов Томский государственный университет, Томск Интенсивное развитие современных средств телекоммуникаций на основе волоконно оптических линий связи требует более качественной подготовки специалистов в области оптотехнике и оптоэлектроники. Одной из важнейших составляющих оптоэлектронных систем является фотоприемное устройство. Современный специалист должен обладать углубленными познаниями физических процессов происходящих при приеме оптических сигналов, что требует оснащения учебных лабораторий экспериментальными установками, которые позволяют более глубоко понять физику процессов протекающих в фотоприемных устройствах.

Одними из важнейших параметров полупроводниковых материалов определяющих работу фотоприемных устройств является спектральные характеристики фотопроводимости (СХФ) и электрофизические параметры. В нашей лаборатории были разработаны автоматизированные комплексы измерения СХФ и электрофизических параметров полупроводниковых материалов используемых для создания фотоприемников в инфракрасном диапазоне спектра.

Для исследования СХФ применяется ИК спектрометр ИКС-22, позволяющий проводить измерения в диапазоне длин волн 2-14 мкм. В автоматизированной установке фотосигнал с предусилителя поступает на регулируемый усилитель с коэффициентом усиления 10 100. Далее фотосигнал поступает на синхронный детектор, что способствует увеличению отношения сигнал/шум;

на второй вход детектора поступает сигнал с оптопары установленной на модуляторе. Потом сигнал поступает на АЦП, где он оцифровывается и через блок управления передается на персональный компьютер. В компьютер также подается сигнал с механизма поворота призмы. Это позволяет строить СХ фотопроводимости автоматически.

Блок схема установки для измерения спектральных характеристик фотопроводимости.

Для управления экспериментом и обработки информации поступающей в персональный компьютер была написана программа, которая позволяет проводить измерение СХФ диапазоне длин волн 2 14 мкм, а в дальнейшем планируется проводить и температурные измерения в диапазоне 77-300 К. Программа управляет коэффициентом усиления регулируемого усилителя, механизмом поворота призмы и позволяет сохранять данные как в виде таблиц, так и в графическом виде.

Для исследования электрофизических параметров применяется автоматизированная установка на основе УИЭХ-1. Автоматизированный комплекс включает: установку УИЭХ-1, устройство сопряжения, стандартные измерительные приборы и персональный компьютер (ПК). Устройство сопряжения осуществляет передачу управляющих сигналов от ПК к установке, а также считывание измеряемых Секция 4. Учебная лаборатория данных и ввод их в ПК. Персональный компьютер осуществляет управление установкой по заданному алгоритму и обработку результатов измерений. Результаты измерений отображаются в реальном масштабе времени в виде графиков на экране монитора и могут быть сохранены в виде файлов на жестком диске. Автоматизированный комплекс позволяет проводить измерения зависимости проводимости и коэффициента Холла, образцов от температуры при разных напряженностях магнитного поля.

В состав устройства сопряжения входят: управляющий контроллер, блок коммутации, блок управления магнитом, последовательный интерфейс RS- 232, два идентичных интерфейса цифровых вольтметров. Интерфейс цифрового вольтметра представляет собой параллельный входной/выходной регистр и служит для управления вольтметром и считывания с него данных. Блок коммутации предназначен для подключения источника тока и измерительных приборов к контактам образца в соответствии с методикой измерения. Блок управления магнитом вырабатывает сигналы для включения, выключения магнита и изменения направления поля.

Универсальные вольтметры В7 – 21 предназначены для измерения тока и напряжения на контактах образца, а также напряжения термопары и тока магнита.

В состав измерительной установки УИЭХ-1 входит измерительная камера, магнит и управляемый источник питания. Электромагнит служит для создания поля воздействующего на образец. При наибольшем токе через катушки электромагнита 10А между полюсами создается магнитное поле напряженностью 0.575 Тл. Управляемый источник питания позволяет задавать ток электромагнита и изменять его направление для смены ориентации поля. Сигналы управления на источник поступают из устройства сопряжения.

Управляющий котроллер Блок схема установки измерения электрофизических параметров СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД В ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА НА ПРИМЕРЕ ЛАБОРАТОРНОГО КУРСА "ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ" В.Б. Иволгин, А.П. Коханенко Томский государственный университет, Томск В докладе представлено описание разработанного комплекса лабораторных работ, в котором экспериментальную часть составляют работы либо с четкой последовательностью действий, либо в качестве элементарного экспериментального проекта. Теоретической основой комплекса послужил курс "Волоконно-оптические системы связи" (ВОСС).

Современный мир скоростной передачи информации невозможно представить без использования различных по назначению и структуре ВОСС. Бурное развитие и широкое распространение ВОСС требует подготовки специалистов данного направления на оптических специальностях в ВУЗах.

Одним из основных способов экспериментального обучения является проведение лабораторных работ. Каждая лабораторная работа может рассматриваться как элементарная модель Секция 4. Учебная лаборатория поведения студента как экспериментатора (исследователя). В зависимости от цели (образовательной, научной) экспериментальные лабораторные работы могут быть:


1. С четко поставленной целью и последовательностью действий:

теория — цель работы — экспериментальная установка — выполнение работы — интерпретация результатов (выводы).

2. Элементарный исследовательский проект: последовательность действий (логика работы) разрабатывается самим студентом, исходя из собственных представлений о ходе эксперимента. Как правило, ясна только цель или очертания ее.

Вышеперечисленные способы организации учебной экспериментальной работы нашли отражение при создании комплекса лабораторных работ по курсу "Волоконно-оптические системы связи". Для решения этой задачи на радиофизическом факультете ТГУ был разработан и создан комплекс экспериментальных лабораторных работ в рамках теоретического курса "Волоконно оптические системы связи".

Оптическое волокно является основным элементом любой ВОСС и его изучению посвящено учебное пособие №1: "Измерение параметров оптических волокон". Пособие содержит теоретические сведения о структуре оптического волокна, его геометрических и оптических параметров, классификацию основных методов измерения описанных параметров. Экспериментальная часть состоит из трех работ:

1. Измерение полных потерь оптической мощности в волокне методом "двух точек".

2. Измерение потерь в зависимости от радиуса изгиба оптического волокна.

3. Измерение числовой апертуры методом "трех колец".

Интерес этих работ заключается в том, что студенту предлагается работа непосредственно с различными оптическими волокнами (наглядность), предоставляется возможность "почувствовать" метод измерения, предложить свои варианты или способы улучшения. Лабораторные работы из этого учебного пособия относятся в большей степени к первой группе, так как заранее известен метод проведения измерения, предлагается примерная методика и ход работы. Основное внимание уделяется работе студента непосредственно с элементами ВОСС: оптические волокна, разъемы, коннекторы, приемники и источники излучения, элементы оптических схем.

При построении протяженных ВОСС возникает необходимость в соединении оптических кабелей (ОК). Основной вид работ при этом занимает соединение оптических волокон, что является наиболее ответственной частью работы, так как от ее качества зависит надежность работы всех ВОСС. Этой важной проблеме посвящено учебное пособие №2: "Методы соединения оптических волокон". Теоретическая часть пособия содержит сведения о типах ОК, применяемых при строительстве различных ВОСС, основные способы и методы соединения оптических волокон с оценкой величины потерь при том или ином типе соединения, также представлена классификация основных методов монтажа ОК. Экспериментальная часть содержит описание и инструкцию (последовательность действий) по сварке многомодовых оптических волокон с помощью сварочного аппарата марки КСС-111. Интерес этой лабораторной работы заключается в том, что работа может быть максимально приближена к реальным "полевым" условиям. Возможна такая постановка задачи:

требуется соединить два оптических кабеля (наглядным пособием является два специально подготовленных куска ОК). Причем необходимо выработать не только наиболее оптимальную последовательность действий, но и выбрать способ соединения оптических волокон и метод монтажа ОК, что и составляет нетривиальную задачу студентам. Т.е. эта работа полностью отвечает второму типу (элементарный исследовательский проект). В конце работы производится анализ и идет обсуждение (защита) результатов.

Эффективность ввода оптического излучения в волокно является одной из важнейших задач как теоретического так и практического плана, так как от решения этой проблемы, в конечном счете, зависит максимальная протяженность и надежность работы всех ВОСС. Решению этого класса задач посвящено учебное пособие №3: "Эффективность ввода оптического излучения в волокно".

Теоретическая часть пособия содержит описание принципов работы источников оптического излучения, применяемых в настоящее время в ВОСС, классификацию разнообразных согласующих систем (СС), рассмотрена методика расчета СС для одномодового волокна. Практическая часть состоит из двух лабораторных работ:

1. Измерение эффективности ввода (ЭВ) излучения в волокно, построение графика зависимости ЭВ от тока накачки источника (используется полупроводниковый лазерный диод 0, мкм).

2. Построение графиков зависимости ЭВ от продольного и поперечного смещения источника относительно волокна. Выполнение этих лабораторных работ представляет практическую значимость для студентов: предлагается непосредственная работа с источником, приемником и собственно Секция 4. Учебная лаборатория оптическим волокном, требуется точная и грамотная юстировка оптической системы, "подводным камнем" является наличие фоновой засветки приемника излучения. Поэтому интерпретация полученных результатов представляет интерес не только для студентов, но и для преподавателя.

Рассмотренный учебно-методический комплекс лабораторных работ по курсу "Волокно оптические системы связи" охватывает широкий спектр вопросов и задач, касающихся этой современной тематики, другими словами реализуется комплексный подход в изучении (как теоретическом, так и экспериментальном) основ ВОСС. Таким образом, современный подход в организации учебного процесса есть интеграция теоретического обучения с выполнением экспериментальных работ как с четко поставленной целью (первый тип), так и "элементарный исследовательский проект" (работы второго типа), которые ставят своей целью показать наиболее важные и ответственные моменты (а также слабые и уязвимые) в ВОСС.

Рассмотренный подход реализован в виде учебно-методического комплекса лабораторных работ, который используется в учебном процессе на радиофизическом факультете Томского государственного университета для студентов 5 курса в рамках подготовки по специальности "оптико электронные приборы и системы".

УЧЕБНО-ЛАБОРАТОРНЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ИНФРАКРАСНЫХ ДЕТЕКТОРОВ А.В. Войцеховский, С.Н. Несмелов, С.М. Дзядух Томский государственный университет, Томск Разработан учебно-лабораторный автоматизированный комплекс для исследований фотоэлектрических и электрофизических свойств полупроводниковых детекторов инфракрасного диапазона. Комплекс позволяет изучать фотоэлектрические, емкостные и вольт-амперные характеристики МДП-структур, барьеров Шоттки, гетеропереходов, а также исследовать однородность свойств при помощи оптического зондирования.

Стремительное развитие современной оптоэлектроники, в частности, физики и технологии полупроводниковых инфракрасных детекторов [1,2], предъявляет повышенные требования к учебно методическому обеспечению соответствующих курсов высшего и среднего профессионального образования. В отделе радиоэлектроники СФТИ и на кафедре квантовой электроники радиофизического факультета ТГУ создан автоматизированный комплекс для исследования фотоэлектрических и электрофизических характеристик инфракрасных детекторов на основе поверхностно-барьерных структур: МДП-структур, барьеров Шоттки, гетеропереходов.

Экспериментальный комплекс состоит из персонального компьютера типа Pentium, АЦП L-154, криостата с вакуумной системой, источника излучения, оптической и приборной части. Программы для управления измерениями и для обработки полученных результатов написаны в среде Delphi 6.

Оператор установки может наблюдать экспериментальный график на мониторе, распечатать график при помощи принтера или сохранить файл данных на винчестере. Разработанный комплекс позволяет измерять зависимости малосигнальной фотоэдс от напряжения смещения (в диапазоне от -10 до 10 В), от частоты модуляции светового потока (100 Гц - 200 кГц), от температуры (80-300 К), а также зависимости дифференциальной емкости структуры от напряжения, частоты тестового сигнала (100 кГц-10 МГц), температуры.

Комплекс позволяет исследовать однородность распределения свойств по площади структуры при помощи методик локального оптического зондирования при размере светового зонда около мкм, а также исследовать релаксационные зависимости емкости и малосигнальной фотоэдс при импульсном изменении напряжения смещения. Результаты измерений распределений фотоэдс по площади структуры могут быть представлены в виде трехмерных графиков, а также в виде яркостных картин распределений.

На рис. 1 приведена трехмерный график распределения фотоэдс по площади МДП-структуры, имеющей неоднородности из-за неравномерного распределения электрически-активных дефектов [3], а на рис. 2 яркостная картинка распределения фотоэдс по площади типичной (однородной) МДП структуры n-Si-SiO2. (площадь сканирования 22 мм).

На рис. 2 две темные точки соответствуют положению индиевых контактов для распайки структуры. Комплекс позволяет проводить измерения при освещении образцов с лицевой стороны, а также при освещении со стороны подложки. Также в состав комплекса входит автоматизированная установка, позволяющая измерять в темноте и при воздействии оптического излучения вольт амперные характеристики полупроводниковых структур в диапазоне напряжений смещения –20-+20 В при величине токов 10-11–10-3 А, а также зависимости тока от температуры при постоянном напряжении.

Секция 4. Учебная лаборатория Возможность измерений при пониженных температурах создается использованием вакуумного криостата, охлаждаемого сжиженным азотом. Контроль температуры осуществлялся при помощи термопары медь-константан. Для исключения дефектообразующей операции распайки структур была создана измерительная камера, позволяющая исследовать характеристики структур при использовании управляемого микрометрическими винтами тонкого (60 мкм) вольфрамового зонда.

В состав измерительной камеры входят: газонаполненный криостат с контактным устройством, охлаждаемый металлический предметный столик для размещения полупроводниковых пластин диаметром до 35 мм. Газонаполненный криостат состоит из двух частей, установленных на неподвижной и подвижной частях микроскопа, что обеспечивает возможность быстрого механического перемещения зонда относительно полупроводниковой пластины и обеспечивает электрический контакт к выбранному элементу. Элемент выбирается визуально при помощи микроскопа, установленного над двойным лейкосапфировым окном. Для исключения влияния засветки на электрофизические характеристики после опускания зонда окно перекрывалось охлаждаемой заслонкой.

Рис.1 Трехмерный график распределения Рис. 2 Яркостная картинка распределения фотоэдс по площади неоднородной МДП-структуры фотоэдс по площади типичной МДП-структуры n n-Si-SiO2. Si-SiO2.

Комплекс использовался при исследовании фотоэлектрических и электрофизических характеристик МДП-структур на основе кремния,HgCdTe, InAs, гетероструктур GeSi/Si, барьеров Шоттки GaAs/Ti/Au. В настоящее время ведутся работы по созданию в составе комплекса автоматизированной установки для исследований зависимостей дифференциальной проводимости инфракрасных детекторов в широком диапазоне напряжений, температур и частот тестового сигнала.

Учебно-лабораторный автоматизированный комплекс применяется при проведении лабораторных работ по курсам «Прием оптических сигналов», «Приборы с переносом заряда».

Литература 1. Рогальский А. Инфракрасные детекторы. – Новосибирск: «Наука», 2003. - с. 680.

2. Войцеховский А.В., Давыдов В.Н. Фотоэлектрические МДП-структуры из узкозонных полупроводников. - Томск: «Радио и связь», 1990. - с.327.

3. Voitsekhovskii A.V., Nesmelov S.N., Koulchitskii N.A. //Proc. SPIE. V.4355. 2001, P. 32-39.

УЧЕБНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ ПРИБОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ Д.М. Малютин Тульский государственный университет, Тула В докладе отражается опыт исследования оптического прибора для управления подвижным объектом с системой стабилизации оптической оси с использованием пакета расширения системы «Matlab6.0»- “Simulink4.0” Для сохранения потенциальных возможностей оптического прибора наведения и управления подвижным объектом, работающего в условиях подвижного или недостаточно устойчивого основания, Секция 4. Учебная лаборатория чаще всего используют дополнительные механические устройства, снижающие влияние движения основания на качество управления. Такие устройства состоят из механических или лазерных высокочувствительных гироприборов, которые регистрируют непрограммируемые перемещения подвижного основания и оптической оси в пространстве и выдают соответствующие сигналы на следящие системы, управляющие исполнительными устройствами в оптической схеме прибора и компенсирующие динамические сдвиги изображения цели.

В работе рассмотрена оптическая схема прибора наведения и управления подвижным объектом, состоящая из визира, широкопольного и узкопольного пеленгационных каналов, представленная на рисунке.

Визир состоит из окуляра (линза1(1), линза 1(2)), сетки 2, призмы 3, объектива 4 и обеспечивает обнаружение цели, сопровождение цели и удержание прицельной марки на центре цели до ее поражения. Широкопольный пеленгационный канал состоит из призмы 5, фильтра 6, объектива (линза 7 и линза 8 ) и фотодиода 9(1). Узкопольный пеленгационный канал включает в себя объектив, состоящий из линзы 10 и линзы 11 и фотодиода 9(2). Пеленгационные каналы обеспечивают выдачу сигнала рассогласования линии визирования цели и подвижного объекта.

Стабилизация оптической оси при работе на подвижном или качающемся основании осуществляется при помощи зеркала 12, которое находится в двухосном кардановом подвесе, на каждой оси которого установлен исполнительный двигатель и датчик угла. Сигнал обратной связи с датчика угла подается на вход исполнительного двигателя, на второй вход которого подается сигнал управления от высокоточного гироскопического датчика угла (ГДУ), установленного на корпусе прибора. В устройстве осуществлена так же стабилизация марки, которая реализуется при помощи источника света 13, тест объекта 14, установленного в фокальной плоскости линзы 15, призм 16, 17 и преломляющей призмы 18. Изоображение марки проецируется на сетку 2 визирного устройства.

Моделирование динамики системы стабилизации при учете нелинейностей, обусловленных ограничением сигнала по уровню и действия сил сухого трения, проведено с использованием пакета расширения системы «Matlab 6.0» - «Simulink 4.0». Результаты расчетов сведены в таблицу 1, при этом введены следующие обозначения: МТР – величина момента сил сухого трения, max – амплитуда сигнала управления, - частота входного синусоидального воздействия, Купт- коэффициент передачи усилительно преобразующего тракта, К -коэффициент передачи по ошибке.

Таблица 1.

max, рад, рад/с Купт 1/К Мтр, Нм b, Нмс 120 0,006 6 15 0.04 0. 120 0,006 36 7,5 0.04 0. Секция 4. Учебная лаборатория 120 0,0024 36 5 0.04 0. 120 0,006 90 2,2 0.04 0. 120 0,0024 90 2,2 0.04 0. 120 0,006 150 1,1 0.04 0. Анализ полученных результатов показывает, что наличие момента сил сухого трения обуславливает зависимость коэффициента передачи по ошибке от амплитуды входного сигнала и существенно ухудшает точностные характеристики следящей системы. Коэффициент передачи по ошибке на частоте 6 рад/с составляет всего лишь К = 0,066. С целью увеличения точности работы системы путем компенсации момента сил сухого трения предложена структура, в которой сигнал ошибки подается на вход фильтра-наблюдателя, передаточная функция которого эквивалентна передаточной функции исполнительного двигателя системы стабилизации. Напряжение с выхода фильтра-наблюдателя является приближением к реальной угловой скорости поворота зеркала системы стабилизации и используется для управления релейным усилителем, выходной сигнал которого подается на вход исполнительного двигателя таким образом, что последний создает момент равный по величине, но противоположный по знаку моменту сил сухого трения. Передаточная функция фильтра-наблюдателя не содержит “открытого” интегратора, что позволяет избежать дрейфа сигнала на его выходе. Моделирование показало, что включение компенсационного контура позволяет уменьшить ошибку слежения в 5 раз. При max = 0,006 рад и частоте качки 6 рад/с значение коэффициента передачи по ошибке составит К = 0,013. Контур компенсации обеспечивает увеличение коэффициента передачи по ошибке слежения во всем диапазоне полосы пропускания системы.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ «МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ»

Д.С. Аджиев, А.Н. Савинов Тульский государственный университет, Тула В работе рассматривается лабораторный практикум по курсу микромеханических приборов.

В свете всеобщего стремления техники к миниатюризации и снижению стоимости производства, в приборостроении широкое распространение начинает приобретать микромеханическое направление. Микромеханика является в достаточной степени наукоемкой дисциплиной, так как требует знаний в различных областях: механика, электроника, сопротивление материалов, технология производства, материаловедение. Несомненную помощь в обучении курсу микромеханики может оказать высокий уровень доступности и наглядности образовательного материала. Этого можно достичь, используя новейшие достижения компьютерных технологий в полной мере.

За последние годы все большую популярность стали приобретать лабораторные практикумы в электронном виде (виртуальные лабораторные работы), которые позволяют продемонстрировать все необходимые свойства прибора, не используя дорогостоящей материальной базы, что, несомненно, актуально для российских образовательных учреждений. В микромеханике такие усилия уже предпринимаются (например, в Таганрогском государственном радиотехническом университете [1]), но по большей части опубликованные лабораторные работы представляют собой всего лишь перенос с бумажного на электронный носитель, не используя все имеющиеся возможности компьютерной техники. В стремлении обойти все указанные недостатки на кафедре «Приборы управления»

Тульского государственного университета создан лабораторный практикум по курсу микромеханики, включающий работы по изучению микромеханического акселерометра, микромеханического гироскопа (ММГ), микромеханического датчика давления и технологии производства микромеханических приборов.

Наиболее сложным среди микромеханических приборов является ММГ, который для своей работы требует наличия возбуждающих колебаний [2]. При проектировании ММГ основными являются следующие задачи:

1. Обеспечение необходимых динамических свойств прибора: чувствительность, полоса пропускания, диапазон измерения. На данном этапе проводится расчет чувствительного элемента (ЧЭ) ММГ.

2. Создание сервисной электроники, необходимой для создания возбуждающих колебаний и формирование информационного сигнала.

Секция 4. Учебная лаборатория Таким образом, лабораторный практикум по курсу ММГ должен иметь минимальную конфигурацию, включающую модуль для расчета ЧЭ и проверки обеспечения требуемых динамических характеристик и фрагмент, позволяющий изучить сервисную электронику. Для введения в курс ММГ необходим также модуль, объясняющий принцип работы и знакомящий с основными конструктивными схемами. На рис. 1 представлен фрагмент ознакомительной лабораторной работы.

Рисунок 1. Фрагменты лабораторной работы а - иллюстрирующий конструкцию ММГ;

б – образец задания.

В лабораторной работе возможно применение различных научных программных продуктов, например Matlab. На рис. 2 представлен фрагмент лабораторной работы, позволяющий оценить динамические характеристики прибора.

Рис. 2. Фрагмент модели ММГ Предложенный лабораторный практикум позволяет решить следующие задачи:



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.