Исследование оптоэлектронных дифракционных измерителей перемещений и колебаний

• Автор: Соколов, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы по измерениям перемещений и колебаний
1.1. Введение
1.2. Оптические методы измерения перемещений
1.2.1. Оптические мостовые схемы
1.2.2. Интерферометрические датчики
1.2.3. Голографические датчики
1.2.4. Муаровые (растровые) датчики
1.2.5. Волоконно-оптические датчики
1.2.6. Акустооптические датчики
1.2.7. Оптоэлектронный датчик угловых перемещений
Глава 2. Теоретический анализ зависимостей интенсивностей дифракционных порядков в системе из двух фазовых дифракционных решеток
2.1. Постановка задачи
2.2. Теоретический анализ дифракции в измерительной схеме из двух фазовых дифракционных решеток
2.3. Анализ зависимостей интенсивностей первых дифракционных порядков от параметров системы
2.3.1. Сопряжение линейных участков зависимостей /±1 (х) с проти- 44 воположным наклоном
2.4. Вывод формул, описывающих зависимости интенсивности нулевого дифракционного порядка от параметров системы
2.5. Компьютерный расчет формы зависимости интенсивности нулевого порядка и нахождение областей линейности
2.5.1. Анализ зависимостей 70(х/А) при отклонении параметра Ь от оптимальных значений
2.5.2. Периодичность зависимостей /0(х/А) от параметра Ь
2.6. Исследование вопроса о сопряжении линейных участков нулевого и первых дифракционных порядков
2.6.1. Результаты анализа в интервале Ь е (0,я/4)
2.6.2. Результаты анализа в интервале И е (я/4, я/2)
2.6.3. Анализ сопряжения линейных участков с полным перекрытием области измерений
2.7. Учет ограниченности оптического пучка
2.7.1. Методика анализа сигнала в нулевом порядке с учетом ограниченности падающего пучка
2.7.2. Методика расчета весовых коэффициентов
2.7.3. Определение критерия практического применения
2.7.4. Методика анализа сигнала в первых порядках с учетом ограниченности падающего пучка

2.7.5. Расчет характеристик 10(х) и /±|(х) с учетом влияния ограниченности пучка
2.8. Анализ влияния отклонений формы решеток от идеального меандра на характеристики системы
Глава 3. Экспериментальное исследование схемы из двух фазовых дифракционных решеток и датчиков на ее основе
3.1. Введение
3.2. Датчик малых угловых и линейных перемещений на основе двух фазовых дифракционных решеток
3.2.1. Устройство датчика. Основные расчетные соотношения
3.2.2. Экспериментальный макет измерителя малых перемещений
3.2.3. Расчет чувствительности датчика
3.2.4. Результаты экспериментальных испытаний макета профило-метра
3.3. Оптоэлектронный датчик для измерения угловых колебаний конструкций
3.3.1. Устройство и физический принцип работы
3.3.2. Сравнение методов измерений угловых колебаний с применением блока-сенсора и ножевой диафрагмы
3.3.3. Экспериментальное исследование статических характеристик
и калибровка датчиков
3.3.4. Результаты измерений колебаний конструкции
Глава 4. Измерители малых линейных перемещений на основе схемы
оптического зондирования (03) поверхностных акустических волн
(ПАВ) с опорной дифракционной решеткой (ОДР)
4.1. Схемы измерителей и принцип работы
4.2. Анализ схемы измерителя малых перемещений
4.3. Анализ основных погрешностей измерения
4.4. Анализ влияния отражений ПАВ на измерения малых перемещений
4.5. Экспериментальное исследование влияний отражений на измерения малых перемещений по фазовым измерениям
4.6. Исследование зависимости коэффициента отражения от частоты
при отражении от края подложки
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Вывод формул для расчета глубины ПФМ в схеме на
просвет при наклонном падении пучка на систему
Приложение 2. Вывод формул для расчета коэффициентов разложения фазовой дифракционной решетки в виде меандра в ряд Фурье

Приложение 3. Описание программы для расчета зависимостей /0(х) и /±|(х) при различных значениях Ь и для нахождения максимальных
участков линейности этих зависимостей
Приложение 4. Описание программы для нахождения случаев двойного
сопряжения участков линейности зависимостей /0(х) и /±1(х)
Приложение 5. Описание программы для расчета весовых коэффициентов зависимостей /0(х) и /+,(х) с учетом влияния ограниченности пучка
Приложение 6. Описание программы для расчета зависимостей /0(х) и Ых) при использовании решеток, которые имеют отклонения от формы

идеального меандра
Приложение 7. Расчет соотношения между перемещением щупа и смещением решеток датчика

гом по Ь, равным 0,01. В каждом подынтервале с помощью программы для пяти значений отклонений от линейности £ (е = 1%, £ = 3%, £• = 5%, £ = 7% и г = 10%) рассчитывается значение I, в котором диапазон линейности Нлш является максимальным, и соответствующая ему точка х0, в которой проводится касательная к графику /0(х/Л). Значения Ь, Нлин и х0, соответствующие 5 = 3%, представлены в таблице 2.2. Пять наибольших значений Нлин занесены в таблицу жирным шрифтом. Эти значения диапазонов линейности Нлин будем обозначать Я"'“, а соответствующие им значения параметра Ь как Ь . Кроме
того, в конце этой таблицы для сравнения представлено значение диапазона линейности в первых порядках, рассчитанное по формуле (2.37). Аналогичные расчеты были проведены также для остальных четырех значений 5, однако ввиду экономии места они здесь не приводятся.
Табл. 2.2. Максимальные значения Нлин в интервале Ь от 0 до л/2 для 5 = 3%.
Интервал Ь [0;0,1) [0,1 ;0,2) [0,2;0,3) [0,3 ;0,4)
нулевой порядок ь= 0,09 1 = С ,19 1 = 0,29 (> II о
X 11 лин X Нлин X нлии X нлш
8=3% 0.16Л 0,079 Л 0,30 Л 0,139 Л 0,31 Л 0,076 Л 0,26 Л 0,119 Л
Интервал 7 [0,4;0,5) [0,5;0,6) [0,6;0,7) [0,7;0,8)
нулевой порядок 1 = 0,44 ьч II О Ъ* 40 40 О II о ь, II о % о
X нмн X Нлт X нлин X нлш
Е=3% 0,31 Л 0,092 Л о,юл 0,108 Л 0,43 Л 0,089 Л 0,40 Л 0,110 Л
Интервал I [0,8;0,9> [0,9; 1,0) [1,0;1,1) [і,і;і,2)
нулевой порядок 1 = 0,89 Ь II о 40 ь, и о О 1=1,11
X нлт X нлин X нлт X нлин
8=3% 0,40 Л 0,071 Л 0,26 Л 0,146Л 0,36 Л 0,068 Л 0,34 Л 0,066 л
Интервал 7 [1,2;1,3) [1,3;1,4) [1,4;1,5) [1,5;1,57)
нулевой порядок 1 = 1,25 1 = 1,31 00 II о 1 = 1,57
X нлт X Нлин X ншн X нлш
8=3% 0,15Л 0,065 Л 0,44 Л 0,071 Л 0,36 Л 0,105 Л 0,08 А 0,054 Л
Первые порядки
8 =3% Нлин= 0Д34Л