Оптико-электронные приборы для измерения фотометрических величин

• Автор: Томский, Константин Абрамович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 254 с. : ил.

Актуальность1 работы
Цель работы й постановка задачи
Методы исследования
Новизна работы
Практическая значимость и реализация результатов работы
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту
Личный вклад автора
Апробация работы
Публикации
Структура работы
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ФОТОМЕТРОВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
1Л. Фотометрические величины и единицы их измерения
1.2. Анализ состояния мирового парка фотометров
1.3. Методы исследования метрологических характеристик
1.3.1.Методы исследования метрологических характеристик
1.4. Анализ динамического диапазона и погрешностей электронного измерительного канала
1.4.1. Физические процессы работы фотодиода
1.4.2. Анализ погрешностей электронного тракта приборов
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
2.1. Общая концепция построения приборов для измерения фотометрических величин
2.2. Схемы построения индикаторов и дозиметров УФ излучения
2.3. Обоснование возможности использования фотоприемников и их дополнительные исследования
2.4. Исследование воздействия оптического излучения на материалы музейных экспонатов для определения требований к измерительным приборам
2.5. Введение относительной ультрафиолетовой эффективности для повышения точности оценки воздействующего на музейные материалы облучения
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ФОТОМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.1. Проблемы фотометрических измерений в технологических процессах
3.2. Измерение координат цвета и цветности компактными колориметрами -фотометрами
3.3 Измерения коррелированной цветовой температуры
3.4 Измерение пульсации источников излучения
3.5. Технологические фотометры для обслуживания полиграфической промышленности
3.6. Фотометры серии «ТКА» для контроля качества полиграфической продукции
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОЗДАНИЮ ОПТИЧЕСКОГО ГИГРОМЕТРА-ФОТОМЕТРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ
4.1 Методы и устройства для измерения влажности газов
4.2. Оптические гигрометры на поглощении электромагнитного излучения
4.3. Техника спектрометрии в вакуумной ультрафиолетовой области в при
менении к задачам гигрометрии
4.4. Оптический гигрометр «ТКА - МК - La - фотометр»
4.5. Преимущества и перспективы использования оптического ВУФ гигрометра - La фотометра «ТКА-МК»
ГЛАВА 5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФОТОМЕТРОВ «ТКА»
5.1. Метрологическое обеспечение фотометрических измерений в Российской Федерации
5.2. Метрологическое обеспечение фотометров «ТКА» для измерения освещенности и яркости
5.3. Метрологическое обеспечение фотометров «ТКА» технологического назначения
5.4. Метрология гигрометрии
5.5. Калибровочный центр «НТП «ТКА»
ГЛАВА б. РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЕН ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
6.1. Комбинированный прибор «ТКА-01/3» Люксметр + УФ радиометр для музеев и библиотек
6.2. Фотометры серии «ТКА» для санитарных и медицинских целей
6.3. Фотометры «ТКА» для сельского хозяйства
6.4. Яркомеры «ТКА»
6.5. Колориметры «ТКА - ИЦТ» и «ТКА - РНБ»
6.6. Измеритель пульсации источников излучения «ТКА-Пульс»
6.7. Аппаратурные комплексы «ТКА» и их методическое обеспечение для преподавания основ фотометрии в ВУЗах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список использованной литературы
Приложение 1. Маркетинговые исследования (часть НИОКР)
Приложение 2. Сертификаты, описания типа и методики поверки фотометров включенных в Госреестр средств измерения РФ
Приложение 3. Отзывы и акты внедрения результатов работы на различных предприятиях и в организациях
Актуальность работы
На всей территории нашей страны имеется большая потребность в рабочих фотометрических приборах самого различного назначения. В первую очередь это приборы для измерения собственно фотометрических величин - световых (освещенности, яркости, светимости) и энергетических [1,2]. Велика потребность отечественной промышленности в фотометрах технологического назначения - колориметрах, пульсметрах, измерителях дозы видимого и УФ излучений, в измерителях глянца, оптической плотности и т. д. Всего по стране используются десятки тысяч фотометров различного назначения. Все разнообразие этих приборов обеспечивается с точки зрения единства измерений метрологическим научным центром Госстандарта РФ — Всероссийским научно-исследовательским институтом оптикофизических измерений (ВНИИОФИ) в Москве [3].
К настоящему времени в фотометрии сформировался целый ряд научных проблем. В первую очередь это связано с тем, что в оптике и оптическом приборостроении развивалась общая тенденция расширения диапазона длин волн, в котором используются оптические приборы. Это сказалось как на необходимости создания радиометров работающих в инфракрасной области, так и на создании радиометров в ультрафиолетовом диапазоне вплоть до мягких рентгеновских лучей. Появились и новые научные проблемы, требующие специального подхода к измерениям световых и энергетических потоков. Примером таких проблем являются исследования световых потоков с ракет и спутников Земли, а также исследования синхротронного излучения.
Новые методические подходы последних лет коснулись использования методов фотометрии в измерениях физических величин в неоптических направлениях науки и техники. Хорошо развито к настоящему моменту тепловидение, ведутся работы по радиационному материаловедению, по созданию космических локаторов, по объединению усилий оптиков и теплофизиков в создании новых типов фотометров.
Огромное влияние на состояние парка рабочих фотометров оказали изменения структуры нашей оптической индустрии, а именно:
возможность использования импортной техники для измерений и импортных комплектующих изделий для собственных разработок;
снятие ограничений на использование отечественных комплектующих изделий в создании приборов;
все разработки в первую очередь стали рассматриваться с точки зрения конкурентоспособности на отечественном и мировом рынках.

где Гб - составляющая основной погрешности прибора согласно рекомендациям МКО, к - коэффициент перехода между шкалами, (1 - погрешность квантования равна ±0,59, а Р - максимальное число квантований.
Для нахождения составляющей дискретного представления основной погрешности прибора подставим значение шкального перехода и параметры выбранного АЦП двойного интегрирования: Гб = 10 х 0,5/1999 = 0,25 х 10‘2
Таким образом, погрешность представления измеренной информации составляет 0,25% для минимального значения измеряемой величины на конкретном диапазоне измерения.
Проведем рассмотрение прохождения аддитивной составляющей погрешности измерения под воздействием температуры. Диапазон вариаций температуры окружающей среды должен соответствовать ТЗ на создаваемые приборы. Для случая лабораторных приборов этот диапазон обычно ограничивается ±4°С. Так как прибор имеет три диапазона измерения, то некоторые компоненты могут представляться тремя значениями погрешности функционирования. Погрешности и возмущения отдельных звеньев проявляются в показаниях прибора с учетом коэффициента связи конкретного звена.
Первое звено электронной схемы - фотодиод является звеном с наибольшим разбросом параметров, как в части спектральных свойств, так и в части абсолютной чувствительности. В результате коррекции спектральной характеристики в соответствии с требуемой дисперсия абсолютной чувствительности фотодатчика увеличивается. Для компенсации этого разброса целесообразно комплектовать каждый конкретный датчик своим сопротивлением нагрузки, нормируя при этом чувствительность звена фотодатчика.
Для обеспечения необходимых переходов шкалы индикатора необходимо обеспечить соответствие масштаба шкалы и сигнала фотодатчика с учетом текущего коэффициента передачи промежуточных звеньев. При рекомендованном опорном напряжении, АЦП равном 1 В, одному вольту на сигнальном входе соответствует показание шкалы 1000. Согласующий каскад обеспечивает 10х переходы шкалы изменением своего коэффициента передачи 1/10/100. Тогда требуемая нормированная чувствительность по напряжению фотодатчика будет равна Бьу = 1*10‘5 [В/лк], следовательно, единице младшего разряда индикатора при коэффициенте передачи согласующего усилителя равному 100 будет соответствовать освещенность 1 лк.
В случае спектрозонального измерителя облученности используются те же предпосылки и численные значения для обеспечения аналогичной шкалы индикатора Эьи = Ю'5 [В • м2 / мВт]