Измерительный контроль (стр. 9 из 13)

Аддитивность погрешности начального тока фотодиода ограничивает возможности увеличения чувствительности прибора без аппаратного решения термоконпенсации фотодатчика.

Погрешность усилительного канала 2,135% при использовании приближения Стефана-Больцмана приводит к ошибке измеряемой величины на уровне 0,5%, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

Основные влияющие ошибки электронного измерительного канала это ошибка источника опорного напряжения, она является систематической и составляет 0,15% от своего значения в температурном диапазоне 20К, и чувствительность фотодиода. Погрешность фотодиода создает систематическую и дополнительную погрешность измерения, которую можно учесть алгоритмом обработки сигнала и производить компенсацию ее, используя упрощенную схему выделения сигнала. Тогда эта ошибка может быть уменьшена до погрешности схемы аналоговой компенсации 0,3% на 1К (при 20˚ она составляет 6%), но используя схему компенсации по суммарному сигналу эту погрешность можно уменьшить в 100 раз и более. Для этого надо использовать суммарный сигнал двух площадок фотодиода для формирования опорного напряжения АЦП. В результате действительных значений погрешностей из-за нестабильности фотодиода без использования дополнительных настроек будет уменьшена до уровня 0,06%.

В связи с тем, что инструментальные погрешности в устройстве имеют случайный вид, и их можно измерить только на изготовленном изделии, следовательно, погрешности берем из справочника.

Считаем суммарную погрешность всего устройства по формуле (23):

Суммарная погрешность устройства равна 0,016 мм, что удовлетворяет условию задания, погрешность не должна превышать 0, 02 мм.

7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Конструкция устройства для контроля плоскостности состоит из двух устройств: базового устройства и измерителя.

В базовое устройство входит узел формирующий световую ось, узел визуального контроля и узел поворотной призмы. Общий вид указан на чертеже ДП.593.001.000 СБ.

Узел формирующий базовую ось включает в себя двухкомпонентный объектив, который смонтирован в цилиндрическом корпусе. Расстояние обеспечивается промежуточным кольцом. Объектив закреплен насыпным методом. Источник излучения зажимается в оправе прижимным кольцом вместе с диафрагмой. Для продольной юстировки положения диафрагмы ее оправа снабжена резьбовой поверхностью. В центре устройства установлена призма-куб, которая прижимается Z- образной планкой.

Узел визуального контроля привинчена труба с перемещающимся окуляром. Окуляр представляет собой двухкомпонентную систему, закрепленную насыпным методом. Перемещение осуществляется при помощи ручки 42, которая сопрягается с криволинейным пазом с деталью корпуса позиции34.

Узел поворотной призмы поворачивается вокруг вертикальной оси устройства. Для этого применяется направляющая вращения, выполненная подшипником позиции 47 и позиции 48. Для регулировки устройства применены юстировочные винты позиции 9. Узел поворотной призмы закрыт кожухом позицией12 и позицией 4.

Измерительное устройство выполнено в виде единого основания позиции 9, на котором смонтированы базовые элементы и базовая часть. Базовые элементы выполнены в виде цилиндрической детали, которые закреплены с нижней частью основания винтами позиции 15 на расстоянии 180мм. Измерительная часть устройства смонтирована в общей втулке позиции 8, в которой крепиться фотодиод. Фотодиод позиции 1 сопрягается с металлическими деталями устройства через диэлектрические кольца позиции 4. Устройство обеспечивается поперечной юстировкой устройства. Для этого конструкция снабжена двумя упорными винтами. Для вертикального перемещения на верхней части основания смонтирована шариковая направляющая позиции 13. Перемещающийся ползун соединен в нижней части с индикаторным щупом позиции 7. В нерабочем положении направляющая фиксируется упорными винтами позиции14. Общий вид измерительного устройства указан на чертеже ДП 593.002.000СБ.

8.ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Электрическая схема включения фотодиода состоит из двух согласующих усилителей, аналогового сумматора, решающего аналогово-цифрового преобразователя и индикатора. Электрическая схема включения фотодиода показана на рисунке 21.

рис.21.Электрическая схема включения фотодиода.

Двух площадочный приемник излучения на базе фотодиода подключен к двухканальному преобразователю ток-напряжение. Для полного обеспечения приемника излучения, его чувствительные площадки соединяются в две группы, горизонтально расположенных, и образуют координатную систему вдоль оси Y.

Фотодиод работает в режиме источника тока с постоянным напряжением на переходе, что обеспечивает большой динамический диапазон изменения сигнала (1010) при сохранении линейности сигнальной характеристики. Сигнал с выхода ток-напряжения поступает на два сумматора, один из которых собран по схеме инвертирующего усилителя и производит сумму сигналов по обоим входам с одним знаком. В результате чего на выходе этого сумматора будем иметь сумму сигналов преобразователя ток-напряжения с противоположным знаком. Второй сумматор собран по схеме дифференциального усилителя. С первого преобразователя ток-напряжения сигнал поступает на инвертирующий вход сумматора через R5, а со второго преобразователя ток-напряжения подается сигнал на инвертирующий вход через R7. Номинал резисторов R5÷R8 будут равны. В этом случае напряжение на выходе второго сумматора будет U2-U1. Полученное напряжение сумматоров направляется на АЦП двойного интегрирования.

Основные достоинства АЦП двойного интегрирования заключается в его помехозащищенности, высокой точности и возможности получения сигнала на выходе АЦП пропорционального отношению двух сигналов. Кроме того, выбранная микросхема позволяет прямое подключение жидкокристаллического индикатора к выходу АЦП.

Выход первого сумматора формирует опорный сигнал АЦП. Дифференциальный сигнал подается на основной вход АЦП.

В результате показания на выходе АЦП на панели индикации будет вычисляться по формуле(40):

(40)

9.МЕТОДИКА ЮСТИРОВКИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ ПЛОСКОСТНОСТИ

9.1 Регулировка фокусного расстояния

Для этой операции используется оптическая скамья, состоящая из коллиматора и микроскопа. В фокальной плоскости коллиматорного объектива расположена сетка с несколькими вертикальными штрихами. Ее изображение получается в фокальной плоскости испытуемого объектива. Это изображение рассматривают посредством микроскопа и измеряют с помощью окуляр-микрометра.

Регулировка фокусного расстояния осуществляется подрезкой промежуточного кольца позиции 14.

9.2 Установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива

Юстировка источника излучения включает в себя два этапа: установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива и получение максимальной освещенности диафрагмы.

Установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива производится с помощью оптической скамьи (аналогично п.9.1). В фокальной плоскости коллиматорного объектива расположено матовое стекло. Продольным перемещением диафрагмы, наблюдая через микроскоп ее изображение, добиваемся резкого изображения. Наклоном источника излучения добиваемся максимального и равномерного заполнения диафрагмы световым потоком.

9.3 Контроль направляющих

Все виды направляющих должны отвечать следующим основным требованиям: иметь необходимые точность и плавность движения, малое трение, малый износ.

Эти требования удовлетворяются за счет выбора материалов сопрягаемых деталей с одинаковым или близким коэффициентом линейного расширения, качественной обработки и подготовки поверхностей направляющих, а также за счет применения качественных смазок.

Сборку узла с направляющими вращательного движения осуществляется следующим образом.

1. Комплектуют шарикоподшипники с валом для посадки их на вал с предусмотренным натягом.

2. Монтаж подшипников.

3. Регулировка подшипников. Она заключается в создании осевого натяга, требуемую величину которого в узлах обеспечивают с помощью подрезки кольца.

4. Контроль сборки направляющих (легкость вращения, биение и др.). Для этого корпус индикатора закрепляют на неподвижной части узла. Касаясь чувствительным элементом индикатора проверяемой поверхности вращающейся детали, по шкале индикатора находят величину биений. На этой стадии сборки осуществляют дополнительную регулировку, чистку и смазку узла.

9.4 Юстировка светоделительного кубика

Юстировка светоделительного кубика осуществляется разворотом самого кубика вокруг визирной оси.

Наблюдая в окуляр, добиваемся резкого изображения пятна на тест-объекте, расположенного на расстоянии 17 м.

Таблица №5

Юстировка устройства для измерения отклонения от плоскостности

Наименование операции	Схема юстировки	Описание операции и оборудование
1.Регулировка фокусного расстояния		Оборудование: оптическая скамья,состоящая из коллиматора-К и микроскопа-М.Наблюдаем через М изображение сетки и измеряем с помощью окуляр-микрометра. Регулировка фокусного расстояния осуществляется с помощью подрезки кольца.
2.Установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива		Оборудование: оптическая скамья,состоящая из коллиматора-К и микроскопа-М.Продольным перемещением узла диафрагмы-У.Д., наблюдая через М, добиваемся резкого изображения.
3.Регулировка осевого натяга.		Регулировка осевого натяга обеспечивается с помощью подрезки кольца.
4.Юстировка светоделительного кубика		С помощью разворота светоделитель-ного кубика,наблюдая в окуляр, добиваемся резкого изображения пятна на тест-объекте, расположен-ного на расстоянии 17м.

10.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ