Principalele caracteristici ale instrumentelor optice de măsură. Instrumente de măsură cu conversie optică și optic-mecanică. Câteva caracteristici ale construcției dispozitivelor de măsurare a principalelor caracteristici luminoase ale surselor de lumină

Instrumentele optice de măsură sunt extrem de diverse. Prin numărul de tipuri de instrumente optice, acestea pot fi comparate cu instrumentele electrice de măsură. De fapt, multe aparate din alte tipuri de măsurare - de la mecanică, de la fizica termică, de la chimia fizică - au una sau alta parte optică ca treaptă terminală sau ca senzor primar.

Încă de la început, ar trebui stabilit ce va fi considerat un dispozitiv optic în cele ce urmează. În general, optică este considerată o metodă sau un dispozitiv care înregistrează radiații electromagnetice vizibile pentru ochiul uman, adică oscilații electromagnetice cu lungimi de undă de la 760 nm la 350 nm. Cu toate acestea, dezvoltarea științei luminii a dus la faptul că prin probleme optice au început să înțeleagă măsurarea în regiunea cu lungime de undă mai mare - radiația infraroșie - și în regiunea cu lungimea de undă mai scurtă - radiația ultravioletă. În consecință, s-a extins numărul de metode și dispozitive care sunt apanajul opticilor. Pentru a fi convinși de acest lucru, este suficient să reamintim că în instrumentele optice și în cercetarea optică din ultimele decenii, știința optică a crescut în principal în regiunile extreme, adică în infraroșu (IR) și ultraviolete (UV) ale spectrului. Prin urmare, acum prin instrumente și metode optice ele înseamnă aproape tot ceea ce „vine” din radiația electromagnetică vizibilă pentru ochiul uman.

Limitându-ne la subiectul și volumul prezentării, vom presupune că cititorul este familiarizat cu elementele fundamentale ale opticii fizice și geometrice. În orice caz, nu este posibil să se enunțe aici esența unor astfel de fenomene precum difracția, interferența, polarizarea etc., precum și să ne oprim asupra legilor de bază ale opticii, de exemplu, asupra efectului fotoelectric, principiilor de funcționare ale lasere, despre legile radiațiilor, asupra radiației sincrotron etc. Pentru mai multe informații despre fizică fenomene optice aici sunt link-uri către material educațional, dedicat în mod special acestei secțiuni speciale de optică.

Înainte de a trece la o prezentare specifică a principiilor de funcționare a dispozitivelor optice, este logic să le clasificam în funcție de mărimile fizice măsurate sau după domeniul de aplicare, care este adesea același. Din acest punct de vedere, instrumentele optice de măsurare pot fi împărțite în clase, de exemplu, așa cum se arată în diagrama din Fig. 8.1
.

Dispozitivele optice fotometrice sunt o clasă de optică pentru modificarea fluxurilor și cantităților de lumină direct legate de fluxurile de lumină: iluminare, luminozitate, luminozitate și intensitate luminoasă. Este recomandabil să se împartă fotometrele în optice tradiționale, în care caracteristicile măsurate au o sensibilitate corespunzătoare sensibilității ochiului uman și așa-numitele fotometre de cantități fotometrice de energie, adică aceleași caracteristici indiferent de sensibilitatea omului. ochi. Desigur, în fotometrele de energie, cantitățile sunt exprimate nu în lumeni, lux, nit, ci în unități mecanice:

Dispozitivele optice spectrale sunt o clasă uriașă de tehnologie optică, pentru care descompunerea radiațiilor electromagnetice într-un spectru în termeni de lungimi de undă este comună. Există spectroscoape - instrumente vizuale, monocromatoare - dispozitive care emit radiații la o lungime de undă fixă, policromatoare care emit radiații la mai multe lungimi de undă, spectrografe - care înregistrează întregul spectru de radiații monocromatice. Dacă în dispozitiv, pe lângă descompunerea radiației într-un spectru, este posibil să se măsoare orice caracteristică energetică a radiației electromagnetice, atunci un astfel de dispozitiv se numește spectrofotometru sau quantometru.

Interferometrele sunt dispozitive în care principala caracteristică măsurată nu este amplitudinea undei luminoase și energia asociată acesteia, ci faza oscilației electromagnetice. Această abordare a făcut posibilă crearea celor mai precise acest moment instrumente de măsură care permit efectiv măsurarea cantităților cu erori de 11-12 zecimale. De aceea, interferometrele sunt utilizate în principal pentru rezolvarea problemelor care necesită o precizie extrem de mare de la instrumente, de exemplu, în standarde, în deservirea unor programe științifice unice, în implementarea metodelor suprasensibile pentru analiza compoziției materiei etc.

Alte clase de dispozitive optice prezentate în diagrama din fig. 8.1 nu sunt la fel de extinse ca fotometrele și spectrometrele. Cu toate acestea, ele sunt evidențiate datorită faptului că un anumit fenomen fizic este decisiv pentru ei.

Polarimetrele folosesc o astfel de proprietate de undă a luminii ca polarizarea, adică o anumită orientare a oscilațiilor unde electromagneticeîn ceea ce priveşte direcţia de propagare. Multe substanțe au capacitatea de a schimba direcția de polarizare. Pe acest principiu funcționează nu numai convertoarele pentru măsurarea cantităților magnetice, ci și unele dispozitive pentru analiza compoziției substanțelor și materialelor, cum ar fi zaharimetrele.

Instrumente pentru măsurarea indicelui de refracție al solidelor, lichidelor și gazelor. Ele folosesc o schimbare a direcției fasciculului de lumină la interfața dintre două medii. Aceste dispozitive sunt folosite ca indicatori în cromatografe, în numeroase instrumente meteorologice motiv special, în analiza gazelor etc.

Instrumente pentru măsurători unghiulare - în cea mai mare parte sunt lunete sau lasere, a căror axă optică este echipată cu un membru unghiular de referință. Un astfel de dispozitiv poate măsura unghiuri prin îndreptarea secvenţială a axei optice către două obiecte separate. Aceasta include și telemetrul optice, care utilizează măsurători ale unghiurilor de vizualizare ale aceluiași obiect cu două lunete de observare. Goniometrele sunt utilizate pe scară largă în topografie, în echipament militar, în lucrări geodezice.

Microscoapele de măsurare sunt dispozitive pentru mărirea dimensiunilor vizibile (sau unghiurilor de vizualizare) ale diferitelor obiecte și măsurarea dimensiunilor detaliilor mărite. În secțiunea „Măsurători mecanice” două tipuri de astfel de tehnologie de măsurare: acesta este un metru de lungime IZA și un microscop Linnik - un dispozitiv pentru măsurarea rugozității suprafeței. Cele mai comune instrumente de acest tip sunt microscoapele convenționale echipate cu un micrometru pentru ocular. Acest lucru face posibilă estimarea dimensiunilor volumului prin observarea directă la microscop. Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă de către medici, biologi, botanici și, în general, de către toți specialiștii care lucrează cu obiecte mici.

Dispozitivele pentru măsurarea radiației termice proprii ale corpului se numesc pirometre (de la cuvântul „pyro” - foc). Aceste dispozitive folosesc legile radiației corpurilor încălzite - legea lui Planck, legea lui Stefan-Boltzmann, legea lui Wien, legea lui Rayleigh-Jeans. Am luat în considerare această clasă de dispozitive în secțiunea privind măsurarea temperaturii, unde pirometrele sunt considerate mijloace de măsurare a temperaturii fără contact.

Termenul „fotometrie” este derivat din două cuvinte grecești: „phos” – lumină și „metreo” – măsoară. În dispozitivele de măsurare care înregistrează regiunea spectrală vizibilă pentru ochiul uman (λ = 350 - 760 nm), este important nu numai să se măsoare caracteristicile energetice, ci și să se fabrice dispozitivul în așa fel încât sensibilitatea acestuia la radiații să corespundă. la sensibilitatea ochiului uman. Astfel de dispozitive măsoară cantități optice în unități optice, principala dintre acestea fiind candela (lumânare). Intensitatea luminii este definită ca energia fluxului vizibilă pentru ochiul uman, adică energia mecanică înmulțită cu vizibilitatea ochiului, răspândindu-se într-un unghi solid unitar, adică.

(8.1)

Dacă intensitatea luminoasă este exprimată în candela și unghiul solid este în steradiani, atunci fluxul luminos va fi exprimat în lumeni.

Iluminarea oricărei suprafețe perpendiculare pe direcția de propagare a luminii este densitatea suprafeței fluxul luminos, de ex.

Relația dintre iluminare și intensitatea luminii este dată de legea fundamentală a fotometriei, care afirmă că iluminarea de la o sursă punctuală se modifică invers cu pătratul distanței de la sursă la suprafața iluminată, adică.

(8.3)

unde φ este unghiul dintre normala la suprafață și direcția de distribuție a luminii. Iluminarea este exprimată în lumeni. Dacă sarcina este de a caracteriza parametrii fotometrici ai unui obiect autoluminos: filamentul unei lămpi, un ecran de monitor, un bec de lampă fluorescentă etc., trebuie măsurată o valoare numită luminozitate:

unde dS este elementul de suprafață luminoasă. Luminozitatea în unități optice este exprimată în lumeni pe metru pătrat (lm / m 2).

O altă mărime fizică optică comună măsurată în practică este luminozitatea. Luminozitatea este definită pentru un obiect luminos ca intensitatea luminii de la o suprafață unitară perpendiculară pe fascicul:


Orez. 8.2. La definiția luminozității: a) suprafață autoluminoasă; b) o suprafață iluminată de o sursă de lumină externă

Pentru o suprafață iluminată de o sursă de lumină externă, luminozitatea este definită ca raportul dintre iluminarea suprafeței și unghiul solid bazat pe această suprafață și având un vârf la punctul de observare:

O altă definiție a luminozității se referă la un fascicul de lumină, indiferent dacă acesta provine de la o suprafață autoluminoasă sau cade pe orice suprafață. Luminozitatea unei raze elementare este definită ca iluminarea pe care o creează pe o suprafață perpendiculară pe aceasta într-un unghi solid unitar pe care o umple:

(8.7)

În acele cazuri în care sunt create dispozitive care funcționează în intervalele infraroșu sau ultraviolete, în loc de unități optice, așa cum sa menționat deja, se folosesc unități mecanice, adică puterea este măsurată în wați, energia de iluminare - în wați per metru patrat, intensitatea energetică a luminii - în wați pe steradian, luminozitatea energetică - în wați pe metru pătrat pe steradian. În capitolul „Metrologie” se indică faptul că relația dintre unitățile fotometrice relative se realizează folosind conceptul de echivalent mecanic al luminii și funcția de vizibilitate a ochiului uman. Reamintim că echivalentul mecanic al luminii este puterea fluxului luminos la o lungime de undă de 555 microni, egală cu 1 watt de energie mecanică. În unitățile optice, această putere este de 683 de lumeni, adică.

(8.8)

În aparatele de măsurare a intensității luminii - contoare de lumânări - se folosește legea de măsurare a iluminării în funcție de distanță. În acest caz, intensitatea luminoasă a unei surse se măsoară prin comparație (comparând iluminarea generată de această sursă cu iluminarea generată de o sursă cu o intensitate luminoasă cunoscută I,). O diagramă a unui astfel de dispozitiv este prezentată în Fig. 8.3 .

Prin deplasarea ecranului și a lămpii, semnalele de la fotodetector sunt egale atunci când sunt iluminate de ambele lămpi. Apoi măsurați distanța r 1 și r 2 corespunzătoare acestei poziții. Intensitatea luminii sursei I 2 se găsește din egalitatea evidentă:

(8.9)

Există un număr suficient de implementări diferite ale acestei metode, atât pentru compararea lămpilor cu compoziție spectrală diferită a radiației, cât și cu intensități diferite. În locul unui fotodetector, se folosește adesea un fel de dispozitiv vizual, iar egalitatea iluminărilor este fixată fără măsurarea fotocurenților.

Același principiu în ceea ce privește măsurarea intensității luminoase a surselor puternice sau la o distanță mare de la sursa de lumină la fotodetector este implementat în așa-numita metodă telemetrică. Esența acestei metode se bazează pe selecția și măsurarea fluxului luminos ΔF care se propagă de la sursă într-un unghi solid mic Δω și determinând astfel intensitatea luminoasă în direcția corespunzătoare. Figura 8.4
explică esenţa metodei telemetrice.

Radiația sursei Și, a cărei intensitate luminoasă trebuie determinată, cade pe o lentilă pozitivă L, a cărei axă optică coincide cu direcția intensității luminoase măsurate. În planul focal F se instalează o diafragmă D cu o zonă de deschidere S egală cu δ. Unghiul solid în care razele incidente pe lentila L vor ajunge la fotocelula este egal cu Δω=δ/f 2 , unde f este distanța focală a lentilei. Fotocelula din circuitul fotocelulei trebuie să fie proporțională cu fluxul luminos ΔF utilizat în unghiul solid constant Δω pentru un dispozitiv dat. În acest caz, fotocelula este egală cu

(8.10)

unde K este un coeficient constant, I este intensitatea luminoasă dorită. Coeficientul K se determină în timpul gradării, iar scara instrumentului electric de măsură este combinată direct în unități de intensitate luminoasă - în candela sau în wați pe steradian.

Pentru a măsura fluxul luminos, se măsoară iluminarea suprafeței interioare a bilei albe mate. Dacă în bila fotometrică este instalat un ecran E între sursa de lumină, fluxul de la care doriți să măsurați și fotodetector, atunci iluminarea la locul fotodetectorului este proporțională cu fluxul luminos total:

(8.11)

unde ρ este coeficientul de reflexie al suprafeței interioare a mingii; r este raza bilei; a - constanta fotometrică a mingii - coeficient de proporționalitate între mărimea fluxului luminos de la sursă și iluminarea suprafeței fotodetectorului. În majoritatea cazurilor practice, coeficientul a este determinat experimental prin măsurarea fluxului luminos al unei surse cu valori cunoscute ale fluxului luminos total.

Contoarele de lumină – luxmetrele – sunt cele mai populare dispozitive optice folosite în practică. Aceste dispozitive controlează nivelul de iluminare în toate cazurile - în interior, în exterior, atunci când se efectuează orice măsurători tehnologice etc.

Luxmetrele sunt, în principiu, cele mai simple dintre toate instrumentele fotometrice. Contoarele fotoelectrice constau de obicei dintr-o celulă foto și un instrument de măsurare electric sensibil. Stare necesara Corectitudinea citirilor luxmetrului este corespondența sensibilității spectrale a fotodetectorului cu funcția de vizibilitate a ochiului uman, adică sensibilitatea maximă ar trebui să fie în regiunea galben-verde cu o scădere a ultravioletului (până la 380 nm). regiune și în regiunea infraroșu (mai mult de 760 nm). Deoarece zona fotodetectorului este strict fixată, semnalul de la acesta este proporțional cu iluminarea, iar scara dispozitivului, în consecință, poate fi gradată în lux.

Radiatii infrarosii. Deoarece relația dintre energia totală a radiației termice și temperatură este dată de legea Stefan-Boltzmann, citirile spectrofotometrelor depind de sursa de lumină care luminează un obiect dat. În cele mai multe cazuri, dispozitivele sunt calibrate pentru iluminat cu lămpi cu incandescență, așa-numitele. Sursă de tip A. Dacă obiectul este iluminat de alte tipuri de surse, cum ar fi lămpi fluorescente sau lămpi cu arc de mercur, atunci citirea pe scara luxmetrului poate fi corectată folosind factorul de corecție N, cu care trebuie să înmulțiți rezultatul pentru a găsi valoare corectă iluminare măsurată. Valorile factorului de corecție N pentru sursele de lumină cele mai frecvent utilizate sunt date în tabel. 8.1.

Tabelul 8.1

Factori de corecție pentru măsurare
fluxurile de energie ale surselor de lumină
cu temperaturi de culoare diferite

Temperatura de culoare a sursei de lumină, K 2360 2856 3100 3250 3400 4800 5800
Factorul de corecție, N 1,003 1,00 0,99 0,975 0,973 0,843 0,78

Pentru a măsura luminozitatea în conformitate cu 8.5 - 8.7, este necesară măsurarea energiei fasciculului luminos, limitat de două diafragme. Pentru a implementa acest lucru, contorul de luminanță conține, de regulă, o lentilă acromatică care proiectează imaginea obiectului în planul D al deschiderii, în spatele căruia este instalat un fotodetector. Schema contorului de luminanță este dată în Fig. 8.5 .

Un dispozitiv construit după o astfel de schemă reacționează la fluxul luminos care vine de la o suprafață de o dimensiune determinată dS la un anumit unghi dω. Prin urmare, biblioteca foto înregistrată va fi proporțională cu luminozitatea obiectului, iar dispozitivul poate fi calibrat în unități de luminozitate. În practică, contoarele de luminanță au un dispozitiv de vizualizare care vă permite să vedeți cu ochiul acea parte a suprafeței a cărei luminozitate este măsurată.

Când măsurați luminozitatea obiectelor auto-luminoase extinse, puteți utiliza un dispozitiv pentru măsurarea iluminării - un luxmetru - așezându-l direct pe o suprafață luminoasă. În acest caz, fotodetectorul va colecta toată radiația obiectului care emană într-un unghi solid de 2π steradiani, iar luminozitatea suprafeței autoluminoase va diferi de iluminare cu 2π, adică.

Această metodă este adesea folosită în practică. Există și dispozitive intermediare calibrate în unități de luminozitate, deși sunt identice ca design cu luxmetrele convenționale.

Instrumente de măsură cu conversie optică și optic-mecanică

Numele parametrului Sens
Subiect articol: Instrumente de măsură cu conversie optică și optic-mecanică
Rubrica (categoria tematica) Educaţie

Dispozitivele de măsură opto-mecanice sunt utilizate pe scară largă în laboratoarele și atelierele de măsurare pentru măsurători, măsurători de lungimi calibre plan-paralel, produse de precizie, precum și pentru montarea și verificarea dispozitivelor de control activ și pasiv. Aceste dispozitive se bazează pe o combinație de circuite optice și angrenaje mecanice.

Instrumentele de măsură opto-mecanice includ capete de măsurare optice cu arc (opticatoare), optimetere, ultraoptimetere, calibre de lungime, mașini de măsurat, interferometre etc.

optimeter (GOST 5405-75) constă dintr-un cap de măsurare 1, numit tub optimeter, și rafturi (verticale 2 sau orizontală 3). Având în vedere dependența de tipul de rack, optimeterele sunt împărțite în verticale (de exemplu, OVO-1 sau IKV ) și orizontală (de exemplu, CSO-1 sau ICG ).

Optimetre verticale concepute pentru a măsura dimensiunile exterioare ale pieselor și orizontală - să măsoare atât dimensiunile exterioare cât și cele interne.

Designul optic al optimeterelor folosește principiile autocolimației și pârghiei optice.

Tubul optimeter funcționează după cum urmează. Razele de la o sursă de lumină sunt direcționate de o oglindă în fanta tubului și, refractate într-o prismă triedră , trece printr-o scară marcată pe planul plăcii de sticlă și având 200 de diviziuni. După ce trece prin scară, fasciculul lovește prisma de reflexie totală și, reflectat din aceasta în unghi drept, este îndreptat către lentilă și oglindă. Oglinda pivotantă este apăsată de tija de măsurare printr-un arc . La deplasarea tijei de măsurare , pe baza piesei măsurate , oglinda se rotește printr-un unghi în jurul unei axe care trece prin centrul bilei de referință, ceea ce face ca razele reflectate de oglindă să devieze cu un unghi de 2 ori mai mare decât cel original. Fascicul de raze reflectat împrăștiat este transformat de lentilă într-un fascicul convergent, care oferă imaginea scării. În acest caz, scara este deplasată în direcția verticală față de indicatorul fix cu o anumită cantitate proporțională cu dimensiunea măsurată. Controlerul observă imaginea scalei prin ocular, de regulă, cu un singur ochi, ceea ce îl obosește foarte tare. Pentru confortul citirii, pe ocular este pusă o duză specială de proiecție, pe ecranul căreia puteți observa imaginea scalei cu ambii ochi.

Orez. 14. Optimetru

Instrumente optice de masura au găsit aplicație în laboratoarele de măsură pentru măsurători absolute și relative prin metoda fără contact a pieselor unui profil complex (filete, șabloane, came, scule de tăiere), pentru măsurători precise de lungimi, unghiuri, raze. Aceste dispozitive se bazează pe scheme optice. Cele mai comune dintre ele sunt: ​​microscoape (instrumentale, universale, de proiecție), proiectoare, calibre optice de lungime și goniometre, capete divizoare, mese etc.

Microscoape instrumentale și universale conceput pentru măsurători absolute de unghiuri și lungimi ale diferitelor părți în coordonate dreptunghiulare și polare. În conformitate cu GOST 8074-82, microscoapele sunt produse cu contoare micrometrice de tipuri: tip A - fără înclinare a capului și tip B - cu înclinare a capului. Microscoapele IM 100x50, A și IM 150x50, B oferă posibilitatea citirii citirilor pe cântarele capetelor micrometrice și utilizarea măsurilor finale de lungime, în timp ce microscoapele IMT 100x500, A; IMT-uri 150x50, A; IMC 150x50, B; IMCL 160x80, B sunt echipate cu dispozitiv digital de citire.

Microscoapele de măsurare universale (GOST 14968-69) diferă de cele instrumentale într-un interval mare de măsurare și o precizie crescută. În loc de contoare micrometrice, ei folosesc cântare milimetrice cu microscoape cu spirală de citire.

În ciuda diferențelor structurale dintre microscoapele instrumentale și universale, acestea au o schemă comună de măsurare - vizualizarea diferitelor puncte ale părții controlate, deplasarea pentru aceasta în direcții reciproc perpendiculare și măsurarea acestor mișcări cu ajutorul dispozitivelor de citire. Pentru a asigura o viziune bună, microscoapele sunt echipate cu lentile interschimbabile cu diferite grade de mărire.

Ca exemplu, luați în considerare proiectarea și principiul măsurării microscop MMI(Fig. 15 ). Piesa masurata AB privit prin lentilă DESPRE microscop. Detaliu O imagine 1B1 este real, invers și augmentat.

Ochiul observatorului prin ocular Bine vede un imaginar, invers și din nou mărit de imaginea oculară a detaliului A 2B2.

Orez. 15. Microscop instrumental MMI

Pe o bază masivă din fontă 1 în două direcții reciproc perpendiculare pe ghidaje cu bile folosind șuruburi micrometrice 2, 1 4 masă de măsurare mobilă 3 cu ghiduri 4. Este important de reținut că, pentru a citi cantitatea de mișcare a mesei, există o scară milimetrică I pe manșonul fixat pe piulița metrică, iar pe tamburul conectat la șurubul micrometric există o scară circulară II cu 100 de diviziuni ( în figură, citirea micrometrului este 29,025). Lentila 5 Cu tubul este montat pe suportul 7, care se deplasează în direcția verticală de-a lungul suportului 11. Fă Suport pentru microscop tip B cu roată de mână 13 poate fi înclinat pe ambele părți, ceea ce vă permite să instalați microscopul la un unghi egal cu unghiul de înălțime al firului măsurat. Volanul 6, suportul mobil 7, servește la focalizarea microscopului, iar poziția stabilită este fixată cu un șurub 12. Pentru focalizarea precisă a microscopului, inelul ondulat 8 este rotit, în timp ce tubul este deplasat de-a lungul ghidajelor cilindrice ale suportului. Un cap de ocular goniometric înlocuibil cu o țintă este atașat la partea superioară a tubului. 10 și referință 9 microscoape.

Rigle optice (GOST 24703-81) sunt concepute pentru a determina abaterile de la dreptatea și planeitatea liniilor drepte, plăcilor, precum și a suprafețelor de ghidare ale mașinilor-unelte care formează arbori.

schema circuitului linia optică este prezentată în fig. 16.

Dispozitivul se bazează pe măsurarea abaterilor punctelor suprafeței controlate de la o linie dreaptă imaginară - axa optică. Linia 5 (tub cu pereți subțiri cu sistem optic) montat pe două suporturi 4. Are o fantă prin care se deplasează căruciorul de măsurare. 3 cu sonda 2, atingerea suprafeței controlate. Pentru a determina abaterile punctelor de suprafață, este extrem de important să combinați cursa țintă 7 și bifilarul b vizibile pe ecran și să luați citiri pe tamburul micrometrului 1. Riglele optice pot avea un dispozitiv de înregistrare sub forma unui profilograf, care face posibilă reproducerea grafică pe hârtie a profilului suprafeței controlate.

Orez. 16. Rigla optică.

Instrumente de măsură cu conversie optică și optic-mecanică - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Aparate de măsură cu conversie optică și optic-mecanică” 2017, 2018.

Articolul este dedicat dispozitivelor dezvoltate de OOO NTP TKA pentru măsurarea principalilor parametri de lumină și energie și caracteristicile surselor de radiații optice, inclusiv LED-urile.

Este evidentă necesitatea unei măsurări prompte și fiabile a principalelor parametrii de lumină și energie și caracteristicile surselor de radiație din regiunea vizibilă a spectrului, cum ar fi coordonatele cromatice, temperatura corelată a culorii, coeficientul de ondulare, luminozitatea, iluminarea și iradierea. Este dictată de dezvoltarea rapidă a surselor alternative de radiații optice (LED-uri), apariția diferitelor opțiuni pentru afișaje și afișaje luminoase, precum și procesele tehnologice care utilizează surse de radiații optice.

Câteva caracteristici ale construcției dispozitivelor de măsurare a principalelor caracteristici luminoase ale surselor de lumină

Măsurarea luminii și a luminozității este o procedură fotometrică simplă. În același timp, la proiectarea și fabricarea luxmetrelor și contoarelor de luminanță, trebuie să se confrunte cu probleme destul de serioase pentru a se asigura că dispozitivele fabricate respectă cerințele documentelor de reglementare.

Deci, de exemplu, fotodetectoarele (PD), fiind componenta principală a dispozitivului de măsurare a radiațiilor optice, trebuie să îndeplinească o serie de cerințe electrice și fotometrice, în funcție de domeniul de aplicare și scop. În dezvoltarea și producția de dispozitive pentru măsurarea parametrilor de radiație, este necesar să se cunoască aceste cerințe, caracteristicile lor, dificultățile de creare și modalitățile de a le depăși.

Un dispozitiv pentru formarea unei caracteristici spațiale (dispozitiv de intrare) formează un unghi de vedere, a cărui valoare este determinată de scopul dispozitivului dezvoltat. Deci, de exemplu, dispozitivul de intrare al unui luminometru sau al unui metru cardiac este calculat pe baza următoarelor considerații.

Iluminarea unei suprafețe create de o sursă punctiformă de radiație, situată în mod arbitrar la un unghi. la normala sa (Fig. 1), este determinată de expresia:

Е = Е 0 ×сosβ, (1)

unde E 0 este iluminarea creată de o sursă punctiformă situată normal în raport cu suprafața; β este unghiul dintre normală și direcția către sursă.

Orez. 1. Sursă localizată în mod arbitrar

Evident, măsurătorile unui instrument care măsoară iluminarea trebuie să respecte aceeași lege. Este imposibil să se implementeze această condiție în practică fără a lua anumite măsuri din cauza dependenței coeficientului de reflexie a suprafeței elementelor optice ale sistemului receptor de unghiul de incidență a radiației, descris de formula Fresnel (2). Pentru a îndeplini această condiție, este necesar să se includă în schema optică a fotodetectorului așa-numita duză cosinus, care formează unghiul de vedere necesar și compensează eroarea introdusă de reflexia la suprafață a elementelor optice.

Cea mai optimă duză cosinus pentru mijloacele de lucru (Fig. 2) pentru măsurarea radiației optice este un element din sticlă lăptoasă care împrăștie uniform radiația incidentă în toate direcțiile, asigurând astfel îndeplinirea legii lui Lambert, conform căreia luminozitatea luminii- suprafața de împrăștiere este aceeași în toate direcțiile.


Orez. 2. Duză cosinus cilindrică pentru scule de lucru

Suprafața materialelor utilizate în dispozitivele de intrare reflectă radiația incidentă conform legii lui Fresnel:

unde φ 1 este unghiul dintre fasciculul de lumină incident pe suprafață și normală; φ 2 - unghiul dintre fasciculul refractat și normală. Grafic, această dependență este prezentată în fig. 3.


Orez. 3. Dependenţa coeficientului de reflexie al suprafeţei materialului de unghiul de incidenţă

Aceasta înseamnă că fotodetectorul detectează radiația care nu corespunde relației (1) la unghiuri mai mari de 60°, adică diferite de radiația reală.

Pentru a compensa pierderea radiației reflectate, se folosește fața laterală a discului din sticlă de lapte. Mărimea fluxului de radiație care a trecut în sticlă prin fețele laterale este proporțională cu mărimea iluminării cilindrice. Sub iluminarea cilindrică medie înțelegeți iluminarea medie a suprafeței laterale a unui cilindru situat vertical. Este definit prin expresia:

unde β este unghiul de incidență a luminii de la o sursă punctiformă pe suprafața laterală a unui cilindru situat vertical.

Fluxul luminos Ф care cade pe elementul fotosensibil utilizat în FPU este o funcție de reflexie (ρ) și transmisie (τ) a materialului utilizat, iluminarea suprafeței plane (E p) și iluminarea cilindrică a feței laterale ( E c):

Este destul de dificil de descris analitic această relație din cauza răspândirii parametrilor materialelor utilizate și a dimensiunilor geometrice ale elementelor care alcătuiesc FPU. În timpul dezvoltării și fabricării FPU, se constată empiric combinația optimă de caracteristici (marca sticlei lăptoase, grosimea acesteia și înălțimea suprafeței laterale care iese deasupra corpului), oferind o eroare dată (1–2%), determinată de diferenţa dintre caracteristica spaţială obţinută şi cea teoretică.

În plus, atunci când se creează dispozitive pentru măsurarea radiațiilor optice, este necesar să se rezolve problema reducerii caracteristicii spectrale a sensibilității unei fotodiode de siliciu la eficiența spectrală a luminii relativă V(λ), ale cărei valori tabulate sunt reglementate. prin deciziile comisiei MKO și GOST 8.332.

Corecția spectrală a sensibilității fotodetectorului Sf(λ) la o formă dată S(λ) se realizează, de regulă, prin filtre de culoare. În acest caz, transmitanța T(λ) este determinată de relația:

Există două modalități principale de aranjare a filtrelor corective în fața elementului fotosensibil (Fig. 4).


Orez. 4. Modalităţi de aranjare a filtrelor corective: a) subtractive; b) subtractiv-aditiv (schema lui Dresler)

În primul caz, filtrele de culoare cu caracteristici spectrale adecvate sunt aranjate unul după altul. Cu acest aranjament (Fig. 4a), radiația, înainte de a ajunge la fotodetector, este filtrată succesiv în fiecare filtru.

O altă modalitate de a aranja filtrele cu caracteristicile spectrale necesare este prezentată în Fig. 4b. În acest aranjament, numit aspectul Dresler, unele filtre sunt plasate unul lângă celălalt. Diferite părți ale fluxului luminos sunt trecute prin filtre în moduri diferite înainte ca fluxul să ajungă în zona de recepție a fotodetectorului. Curba de transmisie spectrală rezultată a combinației poate fi controlată eficient prin modificarea dimensiunii relative a componentelor individuale. Filtrele corective realizate conform acestui principiu pot, cu un grad ridicat de precizie, să aproximeze sensibilitatea spectrală relativă a fotodetectorului la valorile ideale ale lui V(λ) la o transmisie relativ mare la maximele curbelor. De obicei, în practică, în special, și în calculul dispozitivelor luate în considerare, se utilizează prima metodă de aranjare a filtrelor de lumină datorită fabricabilității și simplității calculelor.

Să luăm în considerare un exemplu de reducere a caracteristicii spectrale a unei fotodiode de siliciu Sf(λ) la eficiența spectrală a luminii relativă V(λ) (Fig. 5).


Orez. Fig. 5. Vedere a curbelor de sensibilitate spectrală a fotodiodei de siliciu S(.) și măsura dată V(.)

Caracteristica S(λ) este redusă la o curbă dată folosind un filtru corector, care poate fi compus din ochelari colorați (Fig. 6).


Orez. 6. Corectarea sensibilitatii spectrale a fotodetectorului folosind filtre de culoare

Transmitanța totală a filtrului corector este calculată prin formula:

unde i este numărul de pahare colorate care alcătuiesc filtrul de lumină, k i (λ) este indicele de absorbție al paharelor colorate cu un indice corespunzător numărului de pahare colorate, t i este grosimea paharelor colorate corespunzătoare.

Tipul de ochelari și numărul acestora au fost alese în mod semiempiric, pe baza disponibilității calităților produse și disponibile. Deci, de exemplu, pentru regiunea vizibilă a spectrului, următorii ochelari colorați s-au dovedit a fi potriviti pentru corecție: SZS-21, SZS-22, SZS-23, ZhS-20, ZhZS-5, ZhZS-6, OS -5. Din grupul de ochelari albastru-verde (SZS), a fost ales SZS-21, deoarece suprimă bine radiația în regiunea spectrală aproape IR (760–1200 nm), unde se observă sensibilitatea maximă a fotodiodelor de siliciu (λ max = 800–900 nm), selectat pentru corecție. Sticla portocalie OS-5 este interschimbabilă cu sticla ZhS-20, iar sticla galben-verde ZhZS-6 este interschimbabilă cu sticla ZhZS-5.

Alegerea mărcii de ochelari și a grosimii acestora și calculul transmisiei spectrale a filtrului corector de lumină se realizează astfel încât la fiecare lungime de undă să fie îndeplinită următoarea condiție: τ(λ)= V(λ)/Sph (λ).

Îndeplinirea strictă a acestei condiții la toate lungimile de undă pentru ochelarii colorați în serie și fotodetectoarele este practic imposibilă. Va exista întotdeauna o abatere a curbei efectiv realizate S(λ) = Sa(λ)..(λ) de la cea dată, care trebuie estimată în funcție de scopul și metoda de calibrare a fotometrului, unde este un filtru corector. folosit.

Eroarea de corecție a fotodetectorului este estimată conform metodei elaborate de CIE (publicația nr. 53). Calculul erorii de corecție a capului fotometric f 1 (Z) se bazează pe diferența de răspuns la radiație a unui fotodetector ideal, a cărui valoare tabelată a sensibilității spectrale este cunoscută, și a unui fotodetector real, relativ spectral. a cărui distribuție diferă de cea la care s-a făcut calibrarea.


unde S(λ) este sensibilitatea spectrală relativă a fotodetectorului studiat; SV(λ) - sensibilitatea spectrală relativă a fotodetectorului de referință; Фa(λ) - distribuția spectrală relativă a sursei „A” la care se efectuează calibrarea; Ф i (λ) - caracteristica spectrală relativă a surselor tabulate.

Instrumente pentru măsurarea radiațiilor optice

Luxmetre din noua generație „TKA-Lux” (Fig. 7) și „TKA-PKM-31” sunt în prezent cele mai populare și au caracteristici metrologice la nivelul instrumentelor celor mai buni producători de instrumente de măsură de lucru din lume. Interval de măsurare a iluminării în intervalul 10–200.000 lx cu o eroare de 6–8%.


Orez. 7. Aspect luxmetru "TKA-Lux"

„TKA-Lux/Etalon” este primul luxmetru rusesc, ale cărui caracteristici metrologice îndeplinesc cerințele pentru standardele de lucru. Este conceput pentru a măsura iluminarea în regiunea vizibilă a spectrului 380-760 nm, creată de surse standard de radiații optice, situate în mod normal în raport cu receptorul. Luxmetrul este destinat implementării practice a schemei de verificare de stat a mijloacelor de măsurare a cantităților de lumină în conformitate cu GOST 8.023-2000. Acest dispozitiv, în ceea ce privește acuratețea reproducerii și transmiterii dimensiunilor unităților de intensitate luminoasă și de iluminare, oferă o metrică a instrumentelor de măsură de precizie și de lucru și se distinge prin stabilitate temporală și fiabilitate. Eroarea relativă de bază de măsurare a iluminării permisă de dispozitiv nu depășește 6,0%.

Luxmetrul combinat al dispozitivului + contorul de luminozitate „TKA-PKM” (02) este utilizat pentru a măsura iluminarea (în intervalul 10–200.000 de lux cu o eroare de 8%) și luminozitatea printr-o metodă de deasupra capului (în intervalul 10–200.000 lux, cu o eroare de 8%). 200.000 cd/m 2 cu o eroare de 10%) obiecte extinse autoluminoase (Fig. 8).


Orez. 8. Aspectul aparatului „TKA-PKM” mod.0.2

Dispozitivul diferă de contoarele tradiționale de luminanță prin absența elementelor optice (lentile, obiectiv) în circuit, ceea ce simplifică foarte mult designul și reduce costul dispozitivului, păstrând în același timp caracteristicile de precizie.

Pentru a determina de la distanță luminozitatea surselor extinse, a fost dezvoltat un dispozitiv ieftin pentru măsurarea luminozității ecranelor de film, contorul de luminanță TKAYAR (Fig. 9), care îndeplinește cerințele metrologice și tehnice moderne. Țintirea obiectului măsurat se efectuează folosind o vizor laser.


Orez. 9. Aspectul luminometrului TKA-YAR

Pentru a simplifica designul dispozitivului, în schema optică a fost folosită o lentilă nefocalizată. Focalizarea nereglementată la o anumită distanță constantă crește eficiența lucrului cu dispozitivul, deoarece una dintre operațiunile de lucru este exclusă. În acest caz, nu sunt necesare corecții la calibrare, deoarece citirile dispozitivului sunt proporționale cu luminozitatea obiectului, indiferent de distanță. Dispozitivul are următoarele specificații:

  • unghi de vedere - 1,0–1,5°;
  • domeniul de măsurare - 10,0–2000,0 cd/m2;
  • corecție spectrală - 2,0%;
  • eroare totală - 10,0%;
  • distanța până la obiectul măsurat - nu mai puțin de 7,0 m.

Măsurarea factorului de ondulație al surselor de radiații

Emisia de surse de lumină atunci când este alimentată de la rețea curent alternativ(de obicei la o frecvență de 50 Hz) este pulsatorie. Frecvența de pulsație în acest caz este egală cu dublul frecvenței tensiunii de alimentare de 100 Hz. Ca criteriu de apreciere a adâncimii relative a fluctuațiilor de iluminare ca urmare a modificării în timp a fluxului luminos al surselor de radiație atunci când acestea sunt alimentate cu curent alternativ, se introduce coeficientul de pulsație a iluminării (Kp), exprimat prin formula:

unde Emax este valoarea maximă a amplitudinii modificării componentei de iluminare, Emin este valoarea sa minimă, Eav este valoarea medie a iluminării (Fig. 10).


Orez. 10. Răspunsul în timp al iluminării pulsatorii


Orez. 11. Aspectul dispozitivului „TKA-PKM (08)”

Structural, dispozitivul este realizat sub forma a două blocuri: o parte fotodetector (FPU) și o unitate de procesare a informațiilor. Unitatea de procesare a informațiilor conține un circuit electronic format dintr-un ADC (convertor analog-digital), un LCD (afișaj cu cristale lichide) și un procesor ADuC.

Dispozitivul funcționează după cum urmează. Semnalul de la FPA este transmis la preamplificator, unde simultan amplifică semnalul și îl scalează.

Semnalul amplificat este transmis la intrarea ADC pentru conversie în formă digitală. Semnalul digital de la ieșirea ADC este transmis la microprocesor pentru procesare ulterioară. Se efectuează o serie de măsurători cu o perioadă de 10 ms și se determină valorile maxime, minime și medii de iluminare.

Procesarea semnalului nu este în fază cu perioadele de oscilație. În timpul măsurării, se analizează mai multe perioade și se face media valorilor rezultatelor eșantionului. Rezultatul - valorile max, min și medie sunt determinate în unități de iluminare lx. După găsirea parametrilor semnalului prin formula (8), se calculează valoarea coeficientului de ondulare.

Determinarea coeficientului de pulsație al surselor de radiații și al iluminării este efectuată de dispozitivul TKA-PKM (08), informațiile din acesta sunt procesate de un microprocesor. Acest indicator de lumină pentru ritm cardiac are următoarele specificații:

  • domeniul de măsurare a coeficientului de pulsație - 0–100%;
  • domeniul de măsurare a luminii - 10–200.000 lx;
  • eroarea de măsurare nu depășește 10%.

    Măsurarea fluxului luminos total

    O caracteristică luminoasă importantă a radiației LED este fluxul luminos Ф (lm), care este definit ca integrala întregului flux de radiație conținut sub indicatorul de radiație spațială (Fig. 12).


    Orez. 12. Distribuția spațială a intensității luminii a lămpii

    Trebuie remarcat faptul că indicatoarele de radiație ale LED-urilor (spre deosebire de lămpile cu incandescență) pot lua cele mai bizare forme. Această caracteristică ne-a ajutat în mare măsură în alegerea modului de a construi un dispozitiv de măsurare.

    Metode de măsurare a fluxului luminos total

    Există două moduri semnificativ diferite de a măsura fluxul luminos total:

    • metoda goniometrică;
    • metoda „sferei de integrare”.

    metoda goniometrică

    Metoda se bazează pe fixarea pas cu pas a intensității luminoase a LED-ului atunci când acesta este rotit printr-un unghi cunoscut. Instrumentele folosite în aceste scopuri sunt un goniometru cu rezoluție unghiulară suficientă și un cap fotometric cu un factor de conversie cunoscut. Reducerea erorii de măsurare și obținerea celei mai fiabile distribuții unghiulare este posibilă cu valoarea minimă a pasului a unghiului de rotație a LED-ului față de fotometru (sau invers). Instalațiile goniofotometrice moderne au un pas de câteva minute de arc. Totodată, se efectuează măsurători ale intensității luminii axiale și distribuția ei spațială.

    Pe baza acestor date se calculează fluxul luminos. Obținerea fluxului luminos al LED-ului Ф cu o distribuție spațială a intensității luminoase a unei forme arbitrare se determină folosind indicatoarele de radiație a unui număr mare de plane (nI v (Θ) la n→∞) și calculul ulterior al mediei valoarea lui Ф:


    Procesul de măsurare a fluxului luminos total prin metoda goniometrică este promițător în ceea ce privește acuratețea și conținutul de informații, dar necesită costuri serioase de materiale și timp.

    Pentru a efectua rapid măsurători tehnologice simple ale fluxului luminos total, am ales metoda așa-numitei „sfere de integrare”, descrisă de M. M. Gurevich. În acesta, un flux de lumină necunoscut este comparat cu un flux de lumină precalculat al unei surse exemplare axisimetrice. Această metodă face posibilă măsurarea fluxului luminos al unei surse cu o distribuție arbitrară a radiației în ordinele de mărime din spațiul înconjurător mai rapid decât metoda goniometrică (Fig. 13).


    Fig.13. Măsurarea fluxului luminos cu o minge fotometrică

    O astfel de comparație se face folosind o sferă fotometrică având un diametru suficient de mare, vopsită în interior cu o vopsea albă mată și împrăștiind lumina în conformitate cu legea lui Lambert.

    Teoria unei mingi fotometrice arată că fluxul de lumină împrăștiat de peretele său interior este distribuit foarte uniform peste ea. Prin urmare, dacă o sursă S este plasată în interiorul unei sfere goale, al cărei perete are același coeficient de reflexie ρ în toate punctele, emitând un flux de lumină Ф, atunci fluxul ρФ reflectat de peretele mingii va crea aceeași iluminare la toate punctele

    unde r este raza suprafeței mingii.

    Fluxul de lumină reflectată secundar ρ 2 F va fi din nou distribuit uniform pe peretele mingii, iar iluminarea suplimentară va fi:

    Iluminarea totală (totală) la un punct M de pe suprafața interioară a mingii poate fi calculată după cum urmează:

    unde E și - iluminare la un punct M cu lumină directă căzând pe suprafața mingii. Evident, această valoare nu va fi aceeași în toate punctele, deoarece depinde atât de poziția sursei S în interiorul mingii, cât și de distribuția ei a luminii.

    Totuși, dacă cu ajutorul unui mic ecran opac E (Fig. 13), plasat în interiorul mingii, o mică secțiune a peretelui în apropierea punctului M este protejată de lumina direct de la sursă, atunci iluminarea acestei secțiuni va fi după cum urmează:

    unde α este un factor de proporționalitate care depinde numai de proprietățile mingii.

    Prin urmare, dacă sursa de testare S cu un flux luminos Ф este înlocuită în interiorul bilei cu o sursă exemplară S 0 cu un flux luminos cunoscut Ф 0, atunci este evident că iluminarea în punctul M va fi:

    Sau, împărțind expresia (14) la (15), obținem:


    Orez. 14. Opțiune de măsurare a fluxului luminos total al LED-ului

    După ce a stabilit raportul de iluminare într-un fel sau altul, este posibil să se determine fluxul luminos Ф al sursei care ne interesează.

    Datorită faptului că radiația LED-urilor este direcțională și unghiul de radiație nu depășește 2., este posibilă simplificarea designului dispozitivului prin instalarea LED-urilor investigate în peretele mingii. Acest lucru reduce numărul de elemente structurale din interiorul mingii și, în consecință, dimensiunile geometrice ale acesteia. Mingea este făcută cu două găuri. În spatele primei se află o fotodiodă cu sticlă lăptoasă și un set de filtre corective de lumină, iar în spatele celei de-a doua - LED-urile aflate în studiu (Fig. 14).

    După ce am determinat reacția fotodiodei la radiație - de exemplu, fotocurenții care apar în circuitul de măsurare - găsim raportul i / i 0 și E / E 0, care pot fi considerate egale între ele, și calculăm fluxul luminos Ф în funcție de la expresie (16).

    Ca rezultat al implementării metodei de mai sus în practică, am obținut un instrument de lucru pentru măsurarea debitului total prezentat în Fig. 15. Eroarea de măsurare a fluxului luminos total al LED-urilor albe a fost de 7,0%, LED-urilor colorate - 10,0%.


    Orez. Fig. 15. Aspectul unui prototip al dispozitivului TKA-KK pentru măsurarea fluxului luminos total al unui LED emițător


    Orez. 16. Fotodetectorul (FPU) al spectrocolorimetrului

    Erorile suplimentare în corecția spectrală totală care decurg din selectivitatea coeficientului de reflexie al sferei de integrare sunt eliminate pur și simplu prin corectarea filtrelor. Măsurătorile fluxului luminos total pot fi făcute în câteva secunde de către operatori de toate nivelurile de calificare (Fig. 15).

    Măsurarea caracteristicilor de culoare ale surselor de radiații optice

    Conceptul general de construcție a dispozitivelor

    Instrumentele NTP TKA LLC pentru determinarea caracteristicilor de culoare ale surselor (spectrocolorimetre) se bazează pe măsurarea compoziției spectrale a radiațiilor optice cu prelucrarea matematică ulterioară a rezultatelor.

    Coordonatele de culoare ale surselor sunt determinate de valorile a trei integrale luate în spectrul vizibil:


    unde Ф eλ (λ) - densitatea spectrală a fluxului de radiație; x‾(λ),y‾(λ),z‾(λ) - coordonatele cromatice specifice.

    Se calculează coordonatele cromaticității:


    Fotodetectorul spectrocolorimetrului este prezentat în fig. 16.

    Radiația sursei investigate, trecând prin separarea pentru formarea caracteristicilor spațiale (1), intră în dispozitivul de dispersie. Dispozitivul este un policromator (2) cu înregistrarea radiației descompuse printr-o linie de fotodiodă (3). Intervalul spectral de lucru este determinat de natura sarcinilor.

    La determinarea temperaturii corelate a culorii, densitatea spectrală a luminozității energetice M eλ (W m3) a unui corp negru (corp negru) este determinată în conformitate cu legea lui Planck prin formula:

    Coordonatele culorii corpului negru la o temperatură dată T sunt calculate folosind formulele (17). Apoi se aplică o tranziție de la sistemul de coordonate de culoare CIE 1931 x, y la sistemul de contrast mai uniform CIE 1976 u’, v’ conform următoarelor formule:

    Același recalcul cromatic se efectuează pentru sursa de radiație studiată. Apoi, se determină o matrice de coordonate cromatice a corpului negru și matricea corespunzătoare de temperaturi.

    Distanța minimă în spațiu u, v dintre punctul de cromaticitate al sursei studiate (u0', v0') și punctele de cromaticitate ale matricei de linii de corp negru (ui', vi') (Fig. 17) este determinată de formula :


    Orez. 17. Linia corpului negru în sistemul de coordonate de culoare u ', v '

    Apoi se compară matricea cromatică calculată și matricea temperaturii corpului negru și se determină temperatura sursei studiate Tj corespunzătoare unui anumit punct de cromaticitate (u j , v j ).

    Spectrocolorimetrul dezvoltat „TKA-VD” este proiectat pentru a determina compoziția spectrală a sursei de radiație optică cu calculul ulterioar al coordonatelor de culoare în sistemul de coordonate selectat (Fig. 18). Schema optică a dispozitivului este un policromator pe o rețea de difracție cu înregistrarea radiației descompuse printr-o linie de fotodiodă. Intervalul spectral de lucru al dispozitivului este (380–760) nm. Gama de liniaritate a semnalului atinge șase ordine de mărime. În funcție de configurația dispozitivului de intrare, dispozitivul funcționează atât în ​​modul contor de luminozitate, cât și în modul de măsurare a luminii. Rezoluția spectrală a dispozitivului nu depășește 3 nm.


    Orez. 18. Aspectul spectrocolorimetrului "TKA-VD"

    Concluzie

    În concluzie, aș dori să notez următoarele. Aparatul devine un instrument de măsurare atunci când este furnizat metrologic. Uneori, metrologia necesită un efort proporțional cu efortul depus pentru dezvoltarea dispozitivului în sine. NTP TKA LLC este dotată cu echipamente moderne, inclusiv unice, care asigură calibrarea și verificarea (de către Test-St. Petersburg) în timpul producției de instrumente din seria TKA. Pentru fiecare tip de instrumente, există un suport metrologic aprobat pentru măsurători și standarde de nivelul corespunzător, a cărui verificare de stat se efectuează anual în organizațiile autorizate ale Standardului de Stat al Federației Ruse. Specialiștii centrului oferă consultații cu privire la posibilitatea utilizării dispozitivelor pentru rezolvarea unor probleme specifice și oferă recomandări cu privire la cea mai bună alegere dintre acestea. La instrucțiunile ministerelor, departamentelor și clienților individuali, se desfășoară activități de cercetare și dezvoltare legate atât de dezvoltarea de noi tipuri de dispozitive, cât și de studiile impactului factorilor fizici asupra obiecte materialeși studiul modificărilor rezultate.

    Literatură

    1. www.ledcommunity.ru (Site-ul unei asociații de persoane al căror domeniu de activitate este legat de industria LED-urilor.)
    2. Sauter G., Lindemann M., Shperling A., Ono O. Photometry of LEDs // Light engineering. 2004. Nr. 3.
    3. Nikiforov S. Laborator de măsurare pentru un studiu cuprinzător al caracteristicilor LED-urilor utilizate în sistemele de afișare a informațiilor // Componente și tehnologii. 2007. Nr. 7.
    4. Kruglov O. V., Kuzmin V. N., Tomsky K. A. Măsurarea fluxului luminos al LED-urilor // Ingineria luminii. 2009. Nr. 3.
    5. Sapozhnikov R. A. Fotometrie teoretică. L.: Energie. 1977.
    6. Gurevich M. M. Fotometrie (teorie, metode și dispozitive). Leningrad: Energoatomizdat. 1983.

    • 16.1 Optimetre

    Un optimeter este un dispozitiv optic cu pârghie conceput pentru măsurători relative precise ale mărimilor geometrice. Tipurile, parametrii de bază și cerințele tehnice sunt stabilite în GOST 5405-75. Optimetrul constă dintr-un dispozitiv optic - un tub optimeter, un dispozitiv pentru atașarea tubului și o masă pentru baza piesei măsurate.

    Designul optic al optimeterului se bazează pe utilizarea unui braț optic și a unui sistem de autocolimare. Pe fig. 71, a, b prezintă schema optic-mecanică a tubului optimeter. Lumina de la sursa de radiație 7 este direcționată de oglinda 8 către marginea teșită a prismei de iluminare 9 și, reflectată din aceasta, luminează grila 6 situată în planul focal al lentilei 4 al autocolimatorului. Pe grilă (Fig. 1, b), în dreapta, într-o fereastră dreptunghiulară deschisă pe un fundal întunecat, există o scară de ± 100 de diviziuni și un indice de numărare a cursei. Scara este acoperită din partea laterală a ocularului de prisma 9 și este deplasată în raport cu axa la o anumită distanță b. După trecerea prin scară, razele cad într-o prismă dreptunghiulară 5 și deviază cu 90 ° la ieșirea din ea (acest lucru se face pentru a reduce

    dimensiunile tubului). Apoi razele, împreună cu imaginea liniilor de scară, trec prin obiectivul 4 și din acesta cad într-un fascicul paralel pe oglinda 3, sunt reflectate din acesta și, în sens invers, dau o imagine de autocolimare a scării pe grila 6. Imaginea de autocolimare a scalei este simetrică cu scara axei verticale z a grilei în sine. Deoarece jumătatea stângă a grilei este transparentă, imaginea la scară este observată ca linii negre pe un fundal deschis. Dacă oglinda 3 este perpendiculară pe axa optică a lentilei, atunci cursele zero ale scalei și imaginea lor de autocolimare vor fi aliniate pe axa x orizontală a grilei cu cursa index.

    Orez. 1. Dispunerea optică a optimeterului vertical

    Mișcarea imaginii de autocolimație a scalei în raport cu indicatorul-index este numărată conform principiului pârghiei optice. Dacă, după instalarea obiectului măsurat 1, tija de măsurare 2 se mișcă și înclină oglinda 3, atunci izo-

    Deplasarea grilei se va deplasa paralel cu axa verticală a grilei (paralel cu grila reală). Această deplasare este observată în ocularul 10 al tubului optimeter. Duza de proiecție PN-16 este atașată la optimeter, ceea ce facilitează procesul de măsurare.

    Orez. Fig. 2. Dispunerea optică a ultraoptimeterului OVE-2

    Schema optică a ultraoptimeterului OVE-02, prezentată în Fig. 2 reprezintă o combinație de circuite autocolimatoare și un circuit de reflexie multiplă. Raze de lumină de la sursa de radiație 1

    prin condensatorul 2, filtrul de căldură 3, lentila 4 cad pe prisma de iluminare 5, luminează fereastra cu o scară transparentă imprimată pe o placă de sticlă plan-paralelă 15 situată în planul focal al diviziunilor lentilei 14.. Scara are ±100 de diviziuni pe ambele părți (200 de divizii).


    Razele de lumină ies din placa 15, sunt reflectate de oglinda 16, intră în lentila 14, iar din aceasta, într-un flux paralel, împreună cu imaginea scalei, cad pe oglinda fixă ​​12, sunt reflectate din pe oglinda oscilantă 11. Aici are loc o reflexie multiplă. În continuare, razele cu reflexie autocolimată a scalei revin pe placa 15, pe care imaginea scării este proiectată în planul barei index. Imaginile combinate ale scalei și ale barei de index sunt proiectate prin sistemul de oglindă 8, 9, 10 pe ecranul 13.

    Focalizarea și centrarea lămpii 1 se realizează de-a lungul firului său cu focalizarea de către lentila 6 și proiectarea imaginii sale clare pe ecranul 13 prin intermediul unui sistem de oglindă 8, 9, 10.

    Mișcarea axială a tijei de măsurare 17 face ca oglinda să se încline la un anumit unghi a, drept urmare imaginea de autocolimare a scalei de pe ecran se va deplasa și în raport cu bara de index fix proporțional cu unghiul 2a. Pe oglinzile 12 și 11, care sunt multiplicatori optici, fasciculul de raze suferă unsprezece reflexii.

    În funcție de locația liniilor de măsurare, optimeterele sunt împărțite în verticale și orizontale. Optimetre verticale - mașini-unelte cu un dispozitiv de bază sub formă de rafturi cu o axă verticală de locație. Optimetre orizontale - stan-

    instrumente kovy cu axa orizontală a tubului optimeter.

    Conform GOST 5405-75, optimeterele desktop sunt produse în următoarele tipuri: verticale (modele IK.V-2, IK.V-3); orizontală (modele IKG-2, IKG-3); ocular (modele IKV-2, IKG-2, IKG-3). Domeniul de măsurare al aparatelor: IK.V-2 de la 0 la 180 mm; IKV-3 de la 0 la 200 mm (numai pentru măsurători externe); IKG-2 și IKG-3 de la 0 la 500 mm pentru măsurători externe și de la 0 la 400 mm pentru măsurători interne. Valoarea diviziunii tubului optimeter este de 1 micron; domeniul de măsurare pe o scară de ±0,2 mm; limita de eroare admisă este de ±0,2 µm pe secțiuni de scară de la 0 la ±0,06 mm. Intervalul de indicații nu este mai mare de 1 micron. Forța de măsurare pentru măsurători externe nu este mai mare de 200 cN.

    16.2 Mașini de măsurat

    Mașini de măsurat - dispozitive de contact optic-mecanice concepute pentru măsurarea precisă a pieselor dimensiuni mari metodă de măsurare directă sau comparare cu o măsură.

    În proiectarea mașinii, principiul Abbe nu este respectat, deoarece de obicei linia de măsurare și scara sunt situate în planuri paralele. Folosind principiul Abbe, lungimea mașinii ar crește cu două lungimi ale piesei măsurate.

    Proiectarea mașinii de măsurat este prezentată în fig. 3. Pe un cadru masiv din fontă 1, contrapunctul 3 se deplasează de-a lungul ghidajelor paralele cu un vârf de măsurare fixat în cana sa 6, a cărui mișcare axială este efectuată de roțile de mână cu microalimentare 2. Capul este deplasat în direcția longitudinală printr-un mecanism cremal. Împreună cu capul, se deplasează iluminatorul 4 și colimatorul stâng 15 cu o prismă de refracție 14. În capul 10 sunt instalate un microscop de citire 11 și un tub optimeter 9 cu vârfuri de măsurare. Conceptorul este deplasat cu 100 mm prin rotirea roții de mână 12. În același timp, capul este blocat în poziția dorită. Simultan cu capul, se mişcă şi colimatorul drept 15 fixat de acesta cu o prismă de refracţie 14.

    Pentru a citi dimensiunile în domeniul de măsurare, în cadru este instalată o scară decimetrică 7, în care se introduc nouă plăci de sticlă 8 cu bisectoare la fiecare 100 mm. Sub capotă se află o scară de sticlă de 13 100 mm lungime, cu diviziuni la fiecare 0,1 mm.

    Orez. 3. Schema schematică a mașinii de măsurat

    Pentru a seta mașina în poziția zero, contrapunctul este plasat deasupra plăcii din stânga (zero) cu o bisectoare, în timp ce

    axa optică a iluminatorului este situată deasupra ferestrei scalei bisectoare. Razele de lumină de la lampa 4 prin condensatorul 5 luminează bisectoarea, trec prin prisma refractantă 14, iar colimatorul 15 le colectează într-un fascicul paralel. Deoarece bisectoarea se află în focarul colimatorului, în fasciculul paralel se obține o imagine la infinit de distanță a bisectoarei. În plus, această imagine intră în colimatorul drept 15, trece prin prisma 14 și suprapune imaginea bisectoarei zero pe scara 13 situată la focarul colimatorului.Prin mișcarea capului 10, linia zero coincide cu mijlocul colimatorului. bisectoare. Apoi, cu un microșurub 12, vârfurile de măsurare sunt aduse în contact unele cu altele și scara tubului optimeter este setată la zero. După aceea, șurubul de tip pină este blocat.

    La măsurare, capul este îndepărtat de spate, acesta din urmă este combinat cu bisectoarea necesară a scării milimetrice. Piesa măsurată este instalată pe linia de măsurare folosind o masă de obiecte sau suporturi stabile, capul este mișcat până când vârfurile de măsurare ale ambelor stocuri ating piesa măsurată. În acest caz, imaginea scalei optimeterului nu trebuie să părăsească câmpul vizual al tubului optimeter. Mai mult, deplasând capul 10, cele mai apropiate diviziuni ale scării 13 sunt combinate cu imaginea cursei bisectoarei și este luată citirea. Numărul de decimetri este determinat de numărul plăcii scalei 13, luând o citire cu un microscop 11 cu o precizie de 0,1 mm, iar sutimile și miimile de milimetru sunt determinate de scara tubului optimeter.

    Mașinile de măsurat IZM-1, IZM-2, IZM-4 sunt produse cu domenii superioare de măsurare de 1, 2 și 4 m. Domeniul de măsurare IZM-1 este de la 0 la 1000 mm pentru măsurători externe și de la 1 la 900 mm pentru măsurători interne; ISM-2 de la 0 la 2000 mm pentru măsurători externe și de la 1 la 1900 pentru măsurători interne; ISM-4 de la 0 la 4000 mm pentru măsurători externe și de la 1 la 3900 - pentru măsurători interne. Valoarea diviziunii este de 1 µm. Eroarea admisă a bisectoarei ± (0,3 + 9-10 ~ 3 £) μm, scale cu dispozitiv de citire c = = 0,1 mm ± (0,7 + 1,5-10 -3 L), unde L este dimensiunea nominală, mm.

    Componentele erorilor de măsurare la mașinile de măsurat sunt similare cu erorile optimeterului. Cu toate acestea, componenta de temperatură este importantă pentru mașini. Erorile limitative de măsurare prin metoda aprecierii directe a dimensiunilor exterioare de 1-500 mm sunt de la ±1 la ±6 μm, iar atunci când sunt măsurate prin metoda comparației, de la ±1 la ±2 μm; dimensiuni interioare 13-500 mm în comparație cu blocurile de calibre de la ± 1,5 la ± 9 µm.

    16.3 Calibre de lungime

    Calibrele de lungime sunt dispozitive optic-mecanice de tip contact în care scara este aliniată cu linia de măsurare (folosirea deplină a principiului Abbe).

    Orez. Fig. 4. Schema optică a gabaritului vertical de lungime IZV-2

    Schema schematică a ecartamentului vertical de lungime IZV-2 este prezentată în fig. 4. Tija de măsurare 4 are o fereastră longitudinală în care este introdusă o scară de sticlă 5, care are 100 de diviziuni la intervale de 1 mm. Scara 5 este iluminată de sursa de lumină 1 prin filtrul de lumină 2 și condensatorul 3. Imaginea scării milimetrice este proiectată de lentila 11 în planul grilelor 7 și 8 al ocularului 6 al micrometrului spiralat. Prismele 9 și 10 deviază fasciculul de raze care iese din lentilă cu 45°.

    Orez. Fig. 5. Schema optică a gabaritului de lungime a proiecției verticale IZV-3

    Indicatorul de lungime de proiecție verticală IZV-3 (Fig. 5) diferă de indicatorul de lungime IZV-2 prin faptul că aici, în loc de un micrometru ocular, se folosește un dispozitiv de proiecție de citire cu un micrometru optic. Lumina de la lampă / trece prin condensatorul 2, filtrul de lumină 3, lentilele de iluminare 4 și cade pe oglinda reflectoare 5, luminează secțiunea scării milimetrice 6, care se mișcă împreună cu tija de măsurare 7. Imaginea acestei secțiuni a scalei de către lentila 8 prin sistemul de prisme 9, lentilele 10 și placa plan-paralelă // proiectate pe o grilă fixă ​​13 (scara de zecimi de milimetru cu index). Limbul 12 are o scară de miimi de milimetru. Limbul și grila sunt în planul focal al lentilei 16. Imaginea liniilor milimetrice, zecimi și miimi de milimetru, precum și indicele sunt proiectate de lentila colectivă 14, lentila 16 și sistemul de oglindă 15, 17, 18 pe ecranul 19.

    Pe ecartamentul de lungime se efectuează măsurători absolute ale măsurilor de capăt, diametrelor calibrelor de limitare netede, părți ale corpului cu planuri de înălțime. Când se folosesc goniometre de dimensiuni mici, acestea pot măsura profilele camelor cu disc de dimensiuni mici.

    TZGT7-L7 P -------~~"tt l „ p *^tgl VO

    Orez. 6. Schema ecartamentului de lungime orizontal IK.U-2

    Schema schematică a ecartamentului de lungime IKU-2 este prezentată în fig. 6. Pe ghidajele patului / este instalat un cap de măsurare 6, în care pe linia de măsurare (în conformitate cu principiul Abbe)

    este instalată o pină de măsurare 23. O scară milimetrică de 9 100 mm lungime este atașată la capătul drept al penei, iar un tub optimeter este atașat la capătul stâng. În același timp, tija sa de măsurare 4 se poate deplasa în raport cu pană 23 și poate roti oglinda 5 a tubului optimeter. Mișcarea grosieră a tijei de măsurare este efectuată de roata de mână 13 și fină - de un microșurub 10. Un ecran și un sistem de iluminare sunt instalate în partea superioară. Lumina care vine de la lampa 8 este împărțită în două fascicule. Primul fascicul este refractat de prisma 7, luminează o secțiune a scării milimetrice și proiectează imaginea scării prin lentila 11 în planul unei bisectoare fixe 12 cu o valoare a diviziunii de 0,1 mm cu o lungime totală de 1 mm. Imaginile combinate ale curselor scalelor 9, 12 sunt proiectate de lentila 14 pe secțiunea 15 a ecranului 17. Al doilea fascicul este refractat în prisma 7 și direcționat către cubul divizor, unde, reflectat de fața translucidă. , aceasta cade pe oglinda de iluminare 20. Apoi, scala optometrică 21 trece şi imaginea ei de către lentila 22 este proiectată pe oglinda 5 a tubului optimeter. Imaginea de autocolimație a scalei optometrice revine pe fața translucidă a cubului 19, o trece și, reflectată de oglinda 20, este îndreptată de lentila 18 către secțiunea 16 a scării optometrice a ecranului 17. sunt două mișcări independente. se adaugă - piața de măsurare 23 împreună cu scara milimetrică 9 la 100 mm și tija de măsurare 4 a tubului optimeter la 100 de microni. Aceste mișcări sunt fixate pe ecran pe scalele 15, 16.

    Capul de măsurare 6 împreună cu vârful de măsurare 3 este adus la piesa măsurată de roata de mână 13. Microşurubul 10 mişcă pana de măsurare 23 împreună cu scara 9 până când scara milimetrică este aliniată cu cursa bisectoarei cea mai apropiată a scalei fixe de zecimi de milimetru. Citirea se face pe o scară de 15, adăugându-se sau scăzând din aceasta citirea scalei 16 a tubului optimetru.

    Principalele tipuri și caracteristicile tehnice ale calibrelor de lungime verticală și orizontală sunt date în GOST 14028-68.

    Sunt în funcțiune calibrele de lungime verticală și orizontală de următoarele tipuri: vertical IZV-1, IZV-2, ecran IZV-3 cu un interval de citire de 100 mm, un interval de măsurare de O-250 mm și o citire de 0,001 mm; IKU-2 orizontal cu un interval de citire de 100 mm, un interval de măsurare de 500 mm și, respectiv, de la 1 la 400 mm, pentru dimensiunile exterioare și interioare și o citire de 0,001 mm.

    Principalele avantaje ale acestor calibre de lungime sunt precizia mărită de măsurare (de 3 ori), productivitate crescută (de 2 ori), facilitarea controlului manual și semi-automat al procesului de măsurare, măsurători absolute cu precizie ridicată și relativă din valoarea certificată a exemplarului. măsurați cu rezultatul măsurării afișat pe un afișaj digital și pe un dispozitiv de imprimare digitală.

    Principalele caracteristici tehnice ale gabaritului vertical de lungime cu citire digitală IZV-4 sunt următoarele: limita de măsurare O-160 mm; rezoluție de citire 0,2 µm; eroare de bază a instrumentului ± (0,4 + L/500) 10 3 mm, unde L este lungimea măsurată în mm.

    Indicatorul de lungime orizontal cu cititor digital IZG-4 are următoarele caracteristici principale: limite de măsurare pentru dimensiuni exterioare 0-500 mm, interioare - 10-400 mm; rezoluție de citire 0,2 µm; eroare de bază ± (0,3-M0 ~ 3 L) mm, unde L este lungimea măsurată în mm.

    Limita de eroare admisă a gabaritului de lungime se normalizează în funcție de dimensiunea nominală L și de tipul dispozitivului: pentru verticală ± (1,4 + L / 100) microni (IZV-1); ±(1,4 + 1/140) µm (IZV-2)"; pentru măsurători orizontale ± (1,4 + L/100) µm (IKU-2) - pentru măsurători externe și ± (1,9 + L/140) µm cu modificări interne

    reniu. Gama de indicații nu este mai mare de 0,4 microni, forța de măsurare este de 200 cN.

    Componentele principale ale erorii de măsurare cu calibre de lungime sunt: ​​eroarea de citire cu un microscop spiral nu este mai mare de 0,001 mm pentru măsurători duble: eroarea de citire cu un micrometru optic nu este mai mare de 0,001 mm; erori în diferența de forță de măsurare datorate deformațiilor de temperatură.

    Limitarea erorilor de măsurare cu calibrele de lungime variază de la 1,5 la 2,5 microni, în funcție de condițiile de aplicare.

    Verificarea gabariturilor de lungime este reglementată de GOST 8.114-74 și MU-Nr 341. Pentru verificare se folosesc gabaritele de capăt din categoria a 4-a. Având în vedere utilizarea măsurilor mari, ar trebui să se acorde o atenție considerabilă egalizării temperaturii acestora. Pentru a face acest lucru, măsurile de capăt sunt de obicei plasate pe o placă metalică de blocuri de măsuri de capăt timp de 1-2 ore sau mai mult, cu o lungime a măsurilor de până la 100 mm și, respectiv, 100-250 mm.

    16.4 Catetometre

    Catetometrele sunt dispozitive pentru măsurarea de la distanță fără contact în locuri greu accesibile ale coordonatelor verticale și orizontale ale produselor care sunt greu de măsurat prin metode convenționale.

    Catetometrul (Fig. 7, a) este format din următoarele părți principale: dispozitiv de ochire - lunetă 3 care se deplasează de-a lungul ghidajelor 1, dispozitiv 4 pentru setarea lunetei în poziție orizontală (nivelă sau autocolimator), scara 5 și dispozitivul de citire 2 (microscop, vernier, lupă). Pe fig. Figura 7b prezintă aspectul optic al catetometrului KM-6, care constă dintr-un telescop și un microscop de citire cu un sistem de iluminare. Telescopul include un obiectiv 10 cu lentile atașate 8, un filtru de lumină 9, o lentilă de focalizare 11, o grilă 13 și un ocular 15. Microscopul de citire include un microobiectiv 2, o prismă cub 3, o grilă de scară 12 și un ocular. 14.

    Partea de iluminare a microscopului, concepută pentru a ilumina scara 1, constă dintr-o lampă 7, un condensator 6, un filtru de lumină 5 și o oglindă 4.

    La microscopul de referință, razele de lumină de la lampa 7 trec prin condensatorul 6, filtrul de lumină 5, sunt reflectate de oglinda 4, trec prin prisma cubului 3 și prin microobiectivul 2 cad pe suprafața reflectorizante a scara milimetrica 1; apoi sunt reflectate din el și în sens opus trec microobiectivul 2, cubul-prismă 3, „Și imaginea cursei este proiectată pe grila de scară 12. Imaginea combinată a cursei și grila de scară se observă în ocularul 14. La măsurarea coordonatelor cu un catetometru, distanța de la obiectul de măsurat la lentilă este determinată aproximativ telescop.Setă axa coloanei într-o poziție verticală la nivel.Ridică căruciorul de măsurare la înălțimea punctului selectat de obiectul și, folosind o vizor mecanic, setați aproximativ telescopul. Îndreptați ocularul telescopului către o imagine clară a obiectului. Îndreptați telescopul spre punctul selectat a al obiectului, astfel încât imaginea acestuia să fie situată în jumătatea dreaptă a grila din mijlocul bisectoarei unghiulare la nivelul cursei orizontale.Prima citire se face de-a lungul grilei scalei.După mutarea căruciorului de măsurare în poziția celui de-al doilea punct b, se face a doua citire.Dimensiunea de segmentul măsurat este diferența dintre cele două citiri.

    Orez. 7. Catetometru

    În conformitate cu GOST 19719-74, catetometrele sunt fabricate în două tipuri: B - verticală pentru măsurarea coordonatelor verticale; U - universal cu un dispozitiv pentru măsurarea coordonatelor orizontale.

    Catetometrele verticale cu o singură coordonată KM-6, KM-8, KM-9 au limite de măsurare de 0-200, 0-500 și 0-1000 mm și erorile dispozitivului de citire de ±1,5; ±2 și, respectiv, ±2 µm.

    Catetometrul universal cu două coordonate KM-7 are o limită de măsurare de 300X300 mm; eroare dispozitiv de citire ±2 µm; catetometrul modernizat cu trei coordonate KM-9 are o limită de măsurare de 1000 mm; eroare dispozitiv de citire ±2 µm.

    Limitele de eroare admisă ale catetometrelor la măsurarea pe cântare exemplare din categoria a 2-a nu trebuie să depășească ±(10 + L/100) µm pentru intervalele de măsurare pe scale de 40-320 mm și ±(10 + L/50) µm pe scale. de 500-1250 mm, unde L este distanța de la capătul frontal al lentilei telescopului până la obiectul măsurat.

    La măsurarea coordonatelor cu catetometre, apar erori din cauza unei încălcări a principiului comparației, a inexactităților în producție. elemente individuale erori de proiectare, instalare a marcajelor țintă pe produs și erori de temperatură.

    16.5 Sferometre

    Sferometrele sunt dispozitive concepute pentru a măsura razele de curbură ale suprafețelor sferice prin măsurarea indirectă a înălțimii unui segment sferic. Schema schematică a sferometrului SSO (IZS-7) este prezentată în fig. 8, a. Un inel de măsurare înlocuibil 1 este instalat în corpul în formă de cupă 4 în partea superioară, la capătul căruia sunt presate trei bile 10 la un unghi de 120° pentru a baza piesa măsurată. În interiorul carcasei, o tijă de măsurare 9 cu o bilă de contact la capătul superior se poate deplasa de-a lungul unor ghidaje precise. În canelura longitudinală a tijei este fixată o scară milimetrică de sticlă 6, iluminată de fluxul luminos al iluminatorului 2 reflectat de oglinda 3. Imaginea scării milimetrice este proiectată de microobiectivul 7 în planul scărilor micrometru ocular spiral 8. Contragreutatea 5 asigură ridicarea tijei de măsurare până când bila atinge suprafaţa (cu o anumită forţă).sfere.

    Când se măsoară razele de curbură ale suprafețelor convexe, pe aceasta din urmă se bazează suprafata interioara inele și suprafețe concave - pe suprafața exterioară a inelului, adică de-a lungul punctelor Ki, Kg (Fig. 8, b).

    Orez. 8. Sferometru SSO (IZS-7)

    La măsurare, pe inel se pune o placă de sticlă de referință și se face prima citire; așezând partea măsurată pe inel, luați a doua citire. Diferența de citiri este înălțimea segmentului sferic.

    Razele de curbură ale suprafețelor sferice /? 4 și R z sunt determinate prin formulele: pentru o sferă convexă Ri - r 2 + h 2 /2h- q; pentru o sferă concavă Rz=r 2 + h 2 j2h + Q.

    GOST 11194-76 prevede producerea de sferometre cu contact inel de următoarele tipuri: SSO (IZS-7) - staționar cu un dispozitiv de citire optic cu o parte instalată pe dispozitiv; SNO (IZS-8) - scrisoare de trăsură cu dispozitiv de citire optic cu instalarea dispozitivului pe piesă; SNM (IZS-9) este un dispozitiv mecanic, măsurat prin comparație cu un bloc de măsurare.

    Domeniul de măsurare a razei pe sferometrele ССО, СНО, СНМ de la 10 la 40000 mm: gama de scale ale sferometrelor ССО, СНО de la 0 la 30 mm și SNM de la 0 la 100 mm; valoarea diviziunii 1,0 mm; valoarea diviziunii scalei a dispozitivului de citire este de 0,001 mm.

    16.6 Microscoape instrumentale și universale

    Microscoapele instrumentale și universale sunt instrumente de măsurare optic-mecanice cu o largă aplicație. Ele sunt utilizate în laboratoarele metrologice ale fabricilor de mașini pentru măsurarea mărimilor geometrice liniare și unghiulare.

    Orez. 9. Dispunerea optică a microscopului instrumental

    Microscoapele instrumentale de măsurare sunt concepute pentru a măsura dimensiunile geometrice externe și interne, unghiurile produselor de-a lungul capului și mesei goniometrice, freze, freze, came, șabloane și alte detalii în lumină transmisă și reflectată.

    Schema optică (a unui microscop instrumental mare (LMI) este prezentată în Fig. 9. Lumina de la lampa 1 trece prin condensatorul paraboloid 2, lentila 3, filtrul de lumină 4, diafragma irisului 5, este reflectată de oglinda 6 și direcționată către lentilă. cu o direcție schimbată de 90° 7, iar din acesta, cu un fascicul paralel, luminează obiectul măsurat situat pe masa de obiecte 8 sau în centrele capului. Obiectivul 9 proiectează imaginea obiectului în planul focal al ocularul 14, unde este instalată grila 13 a capului ocularului goniometric. În planul focal posterior al lentilei se află o diafragmă 10, conjugată cu o diafragmă iris, rezultând o cale a fasciculului telecentric.

    Prisma 11 oferă o imagine directă și schimbă direcția axei optice într-o direcție convenabilă pentru observator. Sticla de protecție 12 protejează părțile optice de contaminare la schimbarea capului ocularului.

    Diagrama prezintă un cap goniometric, constând dintr-un ocular 14, un membru de sticlă 18 cu o scară de la 0 la 360 ° cu o valoare a diviziunii de 1 °, o grilă 13, care se poate roti cu membrul; un microscop de citire cu un obiectiv 17, un ocular 15 cu o grilă 16, un dispozitiv de iluminare 20 și un filtru de lumină 19.

    În capul ocularului, se observă o imagine a conturului obiectului și o grilă. Simetric față de linia întreruptă diametrală, două linii întrerupte paralele sunt trasate la dreapta și la stânga la o distanță de 0,3, respectiv 0,9 mm, până la poziția crestăturilor de la marginea cuțitelor de măsurare atunci când acestea sunt în contact cu cea măsurată. suprafata piesei. La țintire, riscurile corespunzătoare ale cuțitului și ale grilei sunt combinate, ceea ce crește semnificativ precizia măsurării.

    Instrument optic de măsură

    în inginerie mecanică, un instrument de măsurare în care vizualizarea (combinând limitele unei dimensiuni controlate cu o linie de vedere, reticule etc.) sau determinarea dimensiunii se realizează folosind un dispozitiv cu un principiu optic de funcționare. Distingem trei grupe O. și. etc.: dispozitive cu o metodă optică de vizionare și o modalitate mecanică (sau alta, dar nu optică) de numărare a mișcării; dispozitive cu o metodă optică de vizualizare și numărare a mișcării; dispozitive care au contact mecanic cu obiectul măsurat, cu o metodă optică pentru determinarea mișcării punctelor de contact.

    Dintre dispozitivele din primul grup, proiectoarele au devenit larg răspândite pentru măsurarea și controlul pieselor care au un contur complex, dimensiuni mici (de exemplu, șabloane, piese de ceas etc.). În inginerie mecanică se folosesc proiectoare cu o mărire de 10, 20, 50, 100 și 200, având dimensiunea ecranului de la 350 la 800 mmîn diametru sau pe o parte. T. n. duzele de proiecție sunt instalate pe microscoape, mașini de prelucrare a metalelor și diverse dispozitive. Microscoape instrumentale ( orez. 1 ) este cel mai frecvent utilizat pentru a măsura parametrii filetului. Modelele mari de microscoape instrumentale sunt de obicei echipate cu un ecran de proiecție sau un cap binocular pentru o vizualizare ușoară.

    Cel mai comun dispozitiv al celui de-al doilea grup este microscopul de măsurare universal UIM, în care partea măsurată se deplasează pe un cărucior longitudinal, iar microscopul cu cap se deplasează pe unul transversal. Vizionarea limitelor suprafețelor de verificat se realizează cu ajutorul unui microscop cu cap, dimensiunea controlată (cantitatea de mișcare a piesei) este determinată pe o scară, de obicei folosind microscoape de citire. În unele modele de UIM, este utilizat un dispozitiv de citire-proiectare. Comparatorul de interferență aparține aceluiași grup de dispozitive.

    Dispozitivele celui de-al treilea grup sunt folosite pentru a compara mărimile liniare măsurate cu măsurile sau scalele. Ele sunt de obicei grupate sub un nume comun. comparator Y. Acest grup de dispozitive include Optimeter, optic, Mașină de măsurat, interferometru de contact, indicator de lungime optică etc. Interferometrul de contact (dezvoltat pentru prima dată de I. T. Uversky în 1947 la uzina Kalibr din Moscova) folosește un interferometru Michelson (vezi Art. Interferometru), a cărui oglindă mobilă este conectată rigid la tijă de măsurare. Mișcarea tijei în timpul măsurării determină o mișcare proporțională a franjurilor de interferență, care este citită de pe scară. Aceste dispozitive (de tip orizontal și vertical) sunt cel mai adesea folosite pentru măsurători relative ale lungimii măsurilor de capăt (Vezi măsurile de capăt) în timpul certificării lor. Într-un indicator de lungime optic (gabaritorul de lungime Abbe), împreună cu o tijă de măsurare ( orez. 2 ) scala de citire se deplasează. La măsurarea prin metoda absolută, dimensiunea egală cu mișcarea scalei se determină prin ocular sau pe dispozitivul de proiecție folosind un vernier.

    O direcție promițătoare în dezvoltarea de noi tipuri de O. și. etc este de a le dota cu dispozitive electronice de citire, care să permită simplificarea citirii indicațiilor și a ochirii, obținerea de indicații mediate sau prelucrate în funcție de anumite dependențe etc.

    Lit.: Manual de tehnici de măsurare liniară, trad. din germană., M., 1959; Instrumente optice pentru măsurarea mărimilor liniare și unghiulare în inginerie mecanică, M., 1964.

    N. N. Markov.


    Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

    Vedeți ce este „Dispozitiv de măsurare optic” în alte dicționare:

      dispozitiv- dispozitiv: Un set de produse cu diferite scopuri funcționale de același tip, de exemplu: o lingură, o furculiță, un cuțit de masă, unite printr-o soluție comună de design artistic, destinate amenajării mesei. Sursa: GOST R 51687 2000: ... ...

      - (din grecescul optós vizibil și ... metru (Vezi ... metru)) un dispozitiv pentru măsurarea dimensiunilor liniare (prin metoda relativă), în care un mecanism optic cu pârghie servește ca element de conversie. Levierul este un mecanism de balansare în mecanism ......

      În inginerie, denumire generalizată pentru un grup de instrumente utilizate pentru măsurarea și controlul dimensiunilor liniare și unghiulare ale pieselor și produselor finite. Mijloace tehnice cu parametri sau proprietăți metrologice normalizate, destinate ... ... Marea Enciclopedie Sovietică

      Instrumente de măsurare a filetului, mijloace de măsurare și control a firelor (Vezi fir). Distingeți R. și. pentru control complex și pentru măsurarea parametrilor individuali; filete externe și interne; fire cilindrice și conice; șuruburi de plumb... Marea Enciclopedie Sovietică

      Optimeter, optimeter m. Dispozitiv optic de măsurare pentru măsurarea deosebit de precisă a dimensiunilor liniare. Dicţionar explicativ al lui Efraim. T. F. Efremova. 2000... Modern Dicţionar Limba rusă Efremova

      interferometru- a, m. interféromètre m., germ. interferometru. specialist. Un instrument optic de măsurare bazat pe fenomenul de interferență. BAS 1. Interferometric oh, oh. Măsurători interferometrice. ALS 1. Lex. TSB 1: interferometre; TSB 2:… … Dicționar istoric al galicismelor limbii ruse

      RM 4-239-91: Sisteme de automatizare. Dicționar-carte de referință cu termeni. Manual pentru SNiP 3.05.07-85- Terminologie RM 4 239 91: Sisteme de automatizare. Referință la dicționar privind termenii. Manual pentru SNiP 3.05.07 85: 4.2. AUTOMATIZAREA 1. Implementarea mijloacelor automate pentru implementarea proceselor STISO 2382/1 Definitii termenului din diferite documente: ... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

      GOST 24453-80: Măsurătorile parametrilor și caracteristicilor radiației laser. Termeni, definiții și denumiri de litere ale cantităților- Terminologie GOST 24453 80: Măsurătorile parametrilor și caracteristicilor radiației laser. Termeni, definiții și denumiri de litere valorile documentului original: 121. Răspunsul spectral absolut al sensibilității instrumentului de măsurare ...... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

      GOST 15528-86: Instrumente pentru măsurarea debitului, volumului sau masei lichidelor și gazelor care curg. Termeni și definiții- Terminologie GOST 15528 86: Instrumente pentru măsurarea debitului, volumului sau masei lichidelor și gazelor care curg. Termeni și definiții document original: 26. Traductor de debit acustic D. Akustischer Durch flußgeber E. Traductor de debit acustic F … Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

      GOST 22267-76: Mașini de tăiat metal. Scheme si metode de masurare a parametrilor geometrici- Terminologie GOST 22267 76: Mașini-unelte. Scheme și metode de măsurare a parametrilor geometrici document original: 25.1. Metode de măsurare Metoda 1 folosind un dispozitiv de măsurare a lungimii cu o mișcare rectilinie a elementului de lucru. Metoda 2…… Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

    Articole similare
    Discuta:
    Contacte Despre proiect și ediție Publicitate pe site Harta site-ului

    2023 videointerfons.ru. Handyman - Aparate de uz casnic. Iluminat. Prelucrarea metalelor. Cutite. Electricitate.