4uKoYzHCP0

тельности к магнитному полю, лежащую в плоскости резонатора КЛ. При вращении КЛ ось чувствительности меняет свою ориентацию относительно силовых линий магнитного поля, что приводит к систематической (при условии постоянства магнитного поля) погрешности на первой гармонике (при условии однородности магнитного поля) частоты вращения. Эллиптичность поляризации встречных волн создает условия для проявления эффекта Фарадея на пассивных элементах резонатора. Особенно существенно сказывается действие магнитного поля в случае, когда кольцевой резонатор содержит в качестве отражателей призмы полного внутреннего отражения. Попарно симметричное расположение призм, реализуемое в конструкции КЛ, в идеале должно обеспечивать взаимную компенсацию влияния на них внешнего магнитного поля. Однако реально всегда существуют отклонения в расположении призм, приводящие к неполной компенсации.

Систематическая погрешность КЛ, вызванная влиянием магнитного поля и сосредоточенная на первой гармонике частоты вращения, может быть устранена реверсивным методом. В связи с тем, что систематическая погрешность ОДУ и КЛ имеет различную природу, появляется возможность ее определения и устранения.

Рассмотрим реверсивный метод в лазерной гониометрии. Систематическая погрешность измерения угла поворота шпинделя ДГ в основном складывается из погрешностей ОДУ и КЛ. При вращении шпинделя «по» и «против» часовой стрелки систематическую погрешность ДГ представим в виде:

КЛ(ϕ j ) − систематическая погрешность КЛ, при вращении «по» и «про-

тив» часовой стрелки соответственно; ϕi , ϕ j − угол поворота шпинделя ДГ, отсчитанный от нулевой метки при вращении «против» и «по» часовой стрелке соответственно.

Систематическая погрешность ОДУ понимается как отклонение действительного значения угла от его номинального значения:

11

где ϕiд, ϕ jд – действительный угол ОДУ, отсчитанный в выбранном направ-

лении вращения; ϕiн = i(2π K ) , ϕ jн = j(2π K ) − номинальный угол ОДУ;

2π − дискретность отсчета ОДУ, K − количество штрихов шкалы ОДУ.

K

При этом, из-за существования естественного эталона угла 2π радиан,

Систематическая погрешность КЛ понимается как неравномерность его шкалы и в основном сосредоточена на первой гармонике частоты его вращения. При вращении КЛ «против» и «по» часовой стрелке зависимость систематической погрешности от угла поворота имеет вид:

где КЛ(ϕi, j , T ) − систематическая погрешность КЛ при вращении «про-

тив» и «по» часовой стрелке соответственно; A − амплитуда первой гармони-

12

Таким образом, систематическая погрешность КЛ не зависит (13), а систематическая погрешность ОДУ зависит от выбранного направления вращения (10). Эти свойства ложатся в основу реверсивного метода.

Из системы (6) с учетом (10), (11) получим выражения для определения систематической погрешности КЛ и ОДУ:

Для исключения систематической погрешности КЛ реверсивным методом необходимо:

1)провести измерения углов поворота шпинделя ДГ при его вращении «по» и «против» часовой стрелки;

2)найти систематическую погрешность ДГ при вращении «по» и «про-

тив» часовой стрелки (ϕi ) , (ϕK − j ) ;

3) провести преобразование (ϕ j ) → − (ϕK − j ) ;

4) найти систематическую погрешность ОДУ согласно выражению (15). В ЛДГ для калибровки МП не реализована возможность реверсивного вращения. В нем для устранения систематических погрешностей КЛ и НИ,

сосредоточенных на первой гармонике частоты вращения, применяют метод кросс-калибровки, основанный на существовании естественного эталона 2π

радиан.

Сумма смежных центральных углов МП составляет 360 и сумма по-

грешностей, измеренных на полном круге, должна равняться нулю. При кросс-калибровке происходит поэтапная калибровка шкалы одного преоб-

разователя угла относительно другого.

Рассмотрим метод кросс-калибровки при измерении полного угла МП.

На рис. В.3 представлено схематическое изображение МП на платформе ЛДГ, на примере которого показаны нормали идеальной и реальной МП.

Основная задача калибровки МП заключается в определении углов между этими нормалями.

Как отмечалось ранее, при совпадении нормали к грани МП и оптиче-

ской оси НИ осуществляется считывание с угловой шкалы КЛ. Таким обра-

13

Максимальной гармоникой систематической погрешности, которую можно определить с помощью кросс-калибровки, является p/2-я гармоника.

Для выделения систематической погрешности ЛДГ необходимо вы-

полнить процедуру кросс-калибровки, которая в данном случае заключа-

ется в измерении углов МП, когда она последовательно занимает положе-

ния относительно КЛ, которые отличаются на угол 2π P . Пусть МП после-

довательно разворачивается против часовой стрелки на угол 2π P . Результат

При калибровке МП с помощью ЛДГ нет необходимости проводить измерения в P положениях МП, так как при калибровке МП для устране-

ния погрешности, обусловленной неравномерностью угловой шкалы КЛ на первой гармонике, достаточно провести измерения при ее разворотах на 180о.

При калибровке МП в ее 4-х положениях, отличающихся на 90о, по-

грешность неравномерности угловой шкалы ЛДГ устраняется полностью.

15

Лабораторная работа 1. ЛАЗЕРНЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ГОНИОМЕТР ДЛЯ КАЛИБРОВКИ МНОГОГРАННЫХ ПРИЗМ

Цель работы – аттестация многогранной призмы и определение погрешности лазерного динамического гониометра.

1.1. Описание лабораторной установки

Вид лабораторной установки – лазерного динамического гониометра ДГ-03Л представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Внешний вид ЛДГ ДГ-03Л

ДГ-03Л предназначен для измерений в автоматизированном режиме углов между нормалями к плоским отражающим поверхностям МП, имеющих покрытия с коэффициентом отражения не менее 20 %. Структурная схема ДГ-03Л соответствует схеме, представленной на рис. В.1.

Дополнительно при выполнении лабораторной работы используется визуальный автоколлиматор, предназначенный для контроля выставки столика ЛДГ.

Съем и обработка данных осуществляется через программу GonioAC.

Основными функциями программы являются контроль сигналов ЛДГ,

съем информации, вычисление результатов измерений, вывод результатов измерений.

При обработке данных программой GonioAC используется фазовремен-

ной метод измерений с компенсацией вертикальной составляющей скорости вращения Земли, согласно выражению (3). В результате обработки данных выводятся углы между гранями призмы и среднее квадратическое отклоне-

16

ние (СКО) случайной погрешности, полученное при измерениях каждой из граней МП.

Внешний вид передней панели электронного блока ЛДГ ДГ-03Л пред-

ставлен на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Внешний вид передней панели электронного блока ЛДГ ДГ-03Л

Кнопки передней панели электронного блока ЛДГ ДГ-03Л: «Вращение» − включение/выключение вращения поворотной платформы;

«Поджиг» − включение питания кольцевого лазера. После выключения вращения поворотной платформы питание кольцевого лазера автоматически выключается;

«Режим» − используется для переключения рабочего и тестового режимов нуль-индикатора;

«Индикация» − показания вольтметра; «Интенсивность» − подстройка тока светодиода нуль-индикатора.

1.2.Порядок работы

1.Установите МП на столик гониометра таким образом, чтобы:

−нормаль к первой грани МП совпадала с меткой на столике ЛДГ;

−совместите точку пересечения нормалей к серединам граней МП с осью вращения столика (установка может допускать несовпадения центров в несколько миллиметров).

2. Включите автоколлиматор, убедитесь, что его оптическая ось ориентирована на центр грани МП и совпадает с нормалью к центру грани. С помощью юстировочных винтов выставьте плоскость столика так, чтобы кон-

17

тролируемые автоколлиматором отклонения автоколлимационной марки в вертикальной плоскости, получаемые от граней при вращении столика вручную, не превышали значения ±30″.

3.Включите персональный компьютер.

4.Запустите программу GonioAC.

При первом запуске программы GonioAC необходимо в конфигурационный файл Gonio.ini занести географическую широту места расположения гониометра.

5.Включите питание ЛДГ на задней панели электронного блока.

6.Включите кнопку «Вращение» на передней панели электронного блока ЛДГ. Столик с установленной на нем МП должен начать вращаться.

7.Нажмите кнопку «Поджиг» на передней панели электронного блока. Индикатор «Поджиг» должен гореть непрерывно.

8.Съем данных (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Окно программы GonioAC

8.1.В главном меню программы GonioAC выберете опцию Mode и установите режим работы программы Goniometer.

8.2.Выберете опцию New пункта главного меню File.

8.3.В появившемся окне Collect data, Gonio mode укажите СОМ-порт, к которому подключен электронный блок гониометра. По умолчанию используется порт COM1.

18

8.4.В окне Collect data, Gonio mode установите галочку в поле Auto detect.

8.5.В окне Collect data, Gonio mode нажмите кнопку Detect. В случае если указан верный СОМ-порт, после непродолжительного времени ожидания окрасятся зелёным цветом программные индикаторы ZF, NI и RL. В поле Number of pulses/rev появится автоматически определенное количество импульсов на полный оборот вала ЛДГ, которое должно совпадать с количеством рабочих граней МП. При отсутствии сигнала на входе контроллера съема соответствующий индикатор не будет окрашен.

8.6.В поле Number of revolutions программы GonioAC укажите число оборотов поворотной платформы ЛДГ, в течение которых будут проводиться измерения. В работе следует проводить съем информации в течение 16 оборотов вала ЛДГ.

8.7.Для начала процесса измерений нажмите кнопку Start. Процесс измерения отразится в прогресс-баре. Когда измерения закончатся, на месте прогресс-бара появится сообщение Data are ready.

8.8.После появления сообщения Data are ready нажмите кнопку Exit, после чего появится окно с результатами измерений, содержащими усредненные по оборотам значения углов МП (выражение (4)) и СКО (выражение (5)).

8.9.Сохраните результаты измерений в файле. Для этого выберете опцию File: подопция Save as сохраняет исходные данные; подопция Save View сохраняет результат обработки измерений.

9. Повторите измерения углов МП еще в 3-х положениях МП. Для измерения углов МП в следующем положении:

9.1.Выключите блок электроники переключателем ВКЛ./ВЫКЛ. на его задней панели.

9.2.Вручную поверните столик с МП таким образом, чтобы получить в центре поля зрения автоколлиматора изображение автоколлимационной марки от ближайшей грани МП.

9.3.Обеспечивая неподвижность столика ЛДГ, разверните МП на 90°

так, чтобы получить изображение автоколлимационной марки от соответ-

ствующей грани в центре поля зрения автоколлиматора, и одновременно совместите геометрический центр призмы с осью вращения столика.

1.3. Обработка результатов измерений

Вид файла результатов измерений, выдаваемый программой GonioAC,

представлен на рис. 1. 4.

19

Рис. 1.4. Файл результатов программы GonioAC

1. Найдите измеренные отклонения углов МП от их номинальных значе-

ний согласно формуле (17), занесите полученные результаты в табл. 1.1. (для каждого положения МП). При внесении в таблицу результат измерения необ-

ходимо сдвигать в соответствии с разворотом МП, так как после разворота МП на 90° измерения начинаются от другой грани (от p±2, где p – текущий номер грани МП; знак «+» или «−» выбирается исходя из «по» или «против» часовой стрелки проводились развороты МП). Т. е. при сдвиге МП на p+2 гра-

ни следует перенести две последние строки результата измерений в начало.

2. Определите систематическую погрешность ЛДГ, для чего:

20