Оптоэлектронные цифровые преобразователи перемещения с комплексной автокоррекцией инструментальных погрешностей первичного преобразователя

• Автор: Токмак, Петр Львович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Введение.
1 Обзор и характеристика особенностей функционирования ОЦГТП с встроенной волоконнооптической линией связи

в условиях воздействия внешних дестабилизирующих фак торов

1.1 Обзор типовых структурных схем ОЦГ1П

1.2 Особенности построения первичного преобразователя

с волоконнооптическим интерфейсом.

1.3 Источники дополнительных инструментальных

погрешностей первичного преобразователя перемещения

1.4 Методы коррекции инструментальной погрешности первичных преобразователей с

волоконнооптическим интерфейсом.

Выводы.
2 Математическое моделирование первичного преобразователя перемещения с волоконнооптическим интерфейсом.
2.1 Обобщенная математическая модель первичного преобразователя перемещения с
волоконнооптическим интерфейсом.
2.2 Математическая модель оптического канала.
2.3 Геометрическая модель модулирующего сопряжения.
2.4 Дифракционная модель модулирующего сопряжения
Выводы.
3 Диализ искажений функции преобразования перемещения, вызванных дестабилизирующими факторами и
дифракцией света на отверстиях КШ
3.1 Исследование искажений функции преобразования перемещения, вызванных
воздействием внешних дестабилизирующих факторов
при монохроматическом источнике излучения
3.2 Исследование искажений функции преобразования перемещения, вызванных
воздействием внешних дестабилизирующих факторов
при некогерентном источнике излучения
3.3 Исследование функции преобразования перемещения модулирующего сопряжения с узкополосными
интерференционными светофильтрами между КШ и СчЭ.
Выводы.
4 Реализация методов коррекции погрешности преобразования, вызванной нелинейностью функции преобразования перемещения.
4.1 Реализации метода вспомогательных измерений
4.2 Кодирующие и корректирующие устройства на основе узкополосных интерференционных светофильтров
4.3 Мультисенсорные ОЦПП
5 Оценка эффективности коррекции погрешности первичного преобразователя, анализ результатов экспериментальных исследований. 1
5.1 Критерий эффективности коррекции погрешности
первичного преобразователя
5.2 Оценка эффективности коррекции инструментальных погрешностей на основе анализа гистограмм распределения погрешности функции преобразования перемещения
5.3 Конструктивные особенности ОЦПП,
результаты экспериментальных исследований.
5.3.1 Конструктивные особенности ПП и
оптического канала связи
5.3.2 Технологические рекомендации по изготовлению первичного преобразователя
5.3.3 Экспериментальные исследования
Выводы.
Заключение
Библиографический список
Приложение А. Акты о внедрении
Список сокращений
ДГ1П оптоэлектронный цифровой преобразователь перемещения
МОЦПП мультисенсорный ОЦIII
ПП первичный преобразователь
ФПП функция преобразования перемещения
ПП первичный преобразователь
ВП вторичный преобразователь
КШ кодирующая шкала
СчЭ считывающий элемент
КУ кодирующий узел
КЗ кинематическое звено
ВУВ виброударные воздействия
ВОЛС волоконнооптическая линия связи
ВОИ волоконнооптический интерфейс
ИИ инструментальная погрешность
МВИ метод вспомогательных измерений
ВДФ внешние дестабилизирующие воздействия
МС модулирующее сопряжение
СИД светоизлучающий диод
ИИ источник излучения
УИС узкополосный интерференционный светофильтр
ОИ объект измерения
Ддиафрагма
ГО грубый отсчт
ТО точный отсчт
ФП фотоприемник
ПИК преобразователь напряжения в код ПЗУ постоянно запоминающее устройство ОДМ оптический демультиплексор
ОВ оптическое волокно
ОС оптическая система
ОМУ оптомеханический узел
МОС многокомпонентная оптронная структура
ПИ приемник излучения
МТП многослойных тонкопленочных покрытий ФСП формирователь светового потока МП микропроцессор АКД автокалибрующая дорожка СС схема сравнения И1Г1Ф широкополосный фильтр ФПУ фотоприемное устройство ЦШ цифровая шкала ЭБ электронный блок
Введение


В частности, лично автором разработана модель ПП с применением методов вычислительного эксперимента, проведен комплексный анализ ФПП при воздействии ВДФ и дифракции света на отверстиях КШ, получены рекомендации по линеаризации ФГ1П и разработаны структурные схемы ОЦПП с комплексной автокоррекцией ИГ1, вызванных виброударными воздействиями, дифракцией света на отверстиях КШ и деградацией энергетических параметров источников и приемников излучения. Автором изготовлены экспериментальные образцы ПП и элементы корректирующих устройств, реализующих разработанные алгоритмы коррекции, и проведено их экспериментальное исследование. Публикации. По результатам исследования опубликовано 9 работ, из них 3 в изданиях, определенных ВАК РФ I свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, , списка использованных источников из 4 наименований, перечня основных сокращений, изложенных на 9 страницах машинописного текста, принятых в работе, приложений, содержит рисунков и 4 таблицы. Во введении показана актуальность темы диссертации, определена цель работы, изложена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения выносимые на защиту. В первой главе на основе принятой классификации и обобщенной структурной схемы 1Ш ОЦПП дается обзор и характеристика функционирования его узлов и элементов в условиях воздействия ВДФ, изложены структура исследований и методология решения поставленных задач. Разработаны модели влияния параметров ВДФ на ПП, построенные по различным структурноконструктивным схемам. Выделены факторы, влияющие на энергетические потери, пространственные эволюции КШ, деформации КШ и СчЭ. Проведен анализ известных методов и алгоритмов коррекции ПП, вызванных ВДФ. Определена необходимость учета комплексного характера воздействия ВДФ и дифракции света на отверстиях КШ при поиске эффективных решений, направленных на повышение стабильности и точности преобразования. Вторая глава посвящена математическому описанию ПП с волоконнооптическим интерфейсом. Моделирование осуществляется на основании установленной зависимости относительной погрешности преобразования 8ао от нескольких основных аргументов, связанных с пространственными эволюциями КШ, деформацией КШ и СчЭ, дифракцией света на отверстиях КШ. ИИ через ВОЛС и модулирующее сопряжение МС к фотоприемному устройству ФПУ с учетом деформации и эволюции КШ, изменения спектров излучения и пропускания в оптической системе. В третьей главе исследуются искажения ФПП, возникающие при воздействии ВДФ на МС, оценивается возможность линеаризации ФПП путем выбора спектра излучения и функции пропускания оптической системы, изменения формы КШ и СчЭ, введением узкополосных интерференционных светофильтров УИС между КШ и СчЭ, введением поправок по измеряемым параметрам. В четвертой главе описаны разработанные структурные схемы и алгоритмы работы ОЦГ1П, в которых применена коррекция погрешностей, вызванных воздействием ВДФ на ПП с учетом дифракции света на отверстиях КШ и деградацией параметров ИИ и ФПУ. Описаны структурные схемы ОЦПП с автокоррекцией погрешности преобразования, вызванной осевыми и угловыми биениями КШ в МС, особенностями спектрального состава излучения. В алгоритмах коррекции реализуются метод вспомогательных измерений, функциональной обработки сигнала. Показаны широкие возможности повышения точности и разрешающей способности посредством применения УИС и изменения формы отверстий КШ и СчЭ. В пятой главе проведена оценка адекватности математической модели, изложена методика оценки эффективности применяемых методов и алгоритмов коррекции погрешности ПП, основанная на анализе гистограмм распределения погрешности преобразования ФПП при воздействии ВДФ до и после ввода коррекции. Описаны результаты экспериментов. Даны рекомендации по проектированию ПГ1, технические характеристики разработанных узлов ОЦПП, описание экспериментальной базы исследований. В приложениях приведены акты внедрения, подтверждающие практическое использование результатов работы.