Hlavné charakteristiky meracích optických prístrojov. Meracie prístroje s optickým a opticko-mechanickým prevodom. Niektoré vlastnosti konštrukcie zariadení na meranie hlavných svetelných charakteristík svetelných zdrojov

Optické meracie prístroje sú veľmi rôznorodé. Počtom typov optických prístrojov ich možno porovnať s elektrickými meracími prístrojmi. V skutočnosti mnohé zariadenia z iných druhov meraní – z mechaniky, z tepelnej fyziky, z fyzikálnej chémie – majú jednu alebo druhú optickú časť ako koncový stupeň alebo ako primárny senzor.

Od samého začiatku by sa malo určiť, čo sa bude ďalej považovať za optické zariadenie. Vo všeobecnosti sa za optické považuje metóda alebo zariadenie, ktoré registruje elektromagnetické žiarenie viditeľné ľudským okom, teda elektromagnetické oscilácie s vlnovými dĺžkami od 760 nm do 350 nm. Rozvoj vedy o svetle však viedol k tomu, že optickými problémami začali chápať meranie v oblasti dlhšej vlnovej dĺžky – infračervené žiarenie – a v oblasti kratšej vlnovej dĺžky – ultrafialové žiarenie. V súlade s tým sa rozšíril počet metód a zariadení, ktoré sú výsadou optikov. Aby sme sa o tom presvedčili, stačí pripomenúť, že v oblasti optických prístrojov a optického výskumu sa v posledných desaťročiach rozrástla optická veda najmä v extrémnych, t. j. infračervených (IR) a ultrafialových (UV) oblastiach spektra. Preto teraz pod optickými prístrojmi a metódami znamenajú takmer všetko, čo „pochádza“ z elektromagnetického žiarenia viditeľného ľudským okom.

Ak sa obmedzíme na predmet a rozsah prezentácie, budeme predpokladať, že čitateľ je oboznámený so základmi fyzikálnej a geometrickej optiky. V žiadnom prípade tu nie je možné uviesť podstatu takých javov, ako je difrakcia, interferencia, polarizácia atď., Ako aj venovať sa základným zákonom optiky, napríklad fotoelektrickému javu, princípom fungovania o laseroch, o zákonoch žiarenia, o synchrotrónovom žiarení atď. Viac informácií o fyzike optické javy tu sú odkazy na vzdelávacie materiály špeciálne venované tejto konkrétnej časti optiky.

Predtým, ako pristúpime ku konkrétnej prezentácii princípov činnosti optických zariadení, má zmysel ich kategorizovať podľa meraných fyzikálnych veličín alebo podľa oblasti použitia, ktorá je často rovnaká. Z tohto hľadiska možno optické meracie prístroje rozdeliť do tried, napríklad ako je znázornené na schéme na obr. 8.1
.

Fotometrické optické zariadenia sú triedou optiky na zmenu svetelných tokov a veličín priamo súvisiacich so svetelnými tokmi: osvetlenie, jas, svietivosť a svietivosť. Fotometre je vhodné rozdeliť na tradične optické, pri ktorých majú merané charakteristiky citlivosť zodpovedajúcu citlivosti ľudského oka a takzvané fotometre energetických fotometrických veličín, teda rovnaké charakteristiky bez ohľadu na citlivosť ľudského oka. oko. Prirodzene, v energetických fotometroch sú množstvá vyjadrené nie v lúmenoch, luxoch, nitoch, ale v mechanických jednotkách:

Spektrálne optické zariadenia sú obrovskou triedou optickej techniky, pre ktorú je bežný rozklad elektromagnetického žiarenia na spektrum z hľadiska vlnových dĺžok. Existujú spektroskopy – vizuálne prístroje, monochromátory – zariadenia, ktoré vyžarujú žiarenie na ľubovoľnej pevnej vlnovej dĺžke, polychromátory vyžarujúce žiarenie na viacerých vlnových dĺžkach, spektrografy – registrujúce celé spektrum monochromatického žiarenia. Ak má zariadenie okrem rozkladu žiarenia na spektrum schopnosť merať akékoľvek energetické charakteristiky elektromagnetického žiarenia, potom sa takéto zariadenie nazýva spektrofotometer alebo kvantometer.

Interferometre sú zariadenia, v ktorých hlavnou meranou charakteristikou nie je amplitúda svetelnej vlny a s ňou spojená energia, ale fáza elektromagnetického kmitania. Práve tento prístup umožnil vytvoriť v súčasnosti najpresnejšie meracie prístroje, ktoré skutočne umožňujú merať veličiny s chybami 11-12 desatinných miest. Preto sa interferometre používajú hlavne na riešenie problémov, ktoré vyžadujú extrémne vysokú presnosť od prístrojov, napríklad v normách, pri obsluhe jedinečných vedeckých programov, pri implementácii supercitlivých metód na analýzu zloženia hmoty atď.

Ďalšie triedy optických zariadení znázornené na schéme na obr. 8.1 nie sú také rozsiahle ako fotometre a spektrometre. Napriek tomu sú vyčlenené vzhľadom na to, že je pre nich rozhodujúci konkrétny fyzikálny jav.

Polarimetre využívajú vlnovú vlastnosť svetla ako je polarizácia, teda určitá orientácia kmitov elektromagnetická vlna ohľadom smeru šírenia. Mnohé látky majú schopnosť meniť smer polarizácie. Na tomto princípe pracujú nielen prevodníky na meranie magnetických veličín, ale aj niektoré prístroje na rozbor zloženia látok a materiálov, ako napríklad sacharimetre.

Prístroje na meranie indexu lomu pevných látok, kvapalín a plynov. Využívajú zmenu smeru svetelného lúča na rozhraní dvoch médií. Tieto zariadenia sa používajú ako indikátory v chromatografoch, v mnohých meteorologických prístrojoch špeciálny účel, pri analýze plynov atď.

Prístroje na uhlové merania - väčšinou sú to zameriavacie ďalekohľady alebo lasery, ktorých optická os je vybavená referenčným uhlovým ramenom. Takéto zariadenie môže merať uhly postupným nasmerovaním optickej osi na dva samostatné objekty. Patria sem aj optické diaľkomery, ktoré využívajú meranie pozorovacích uhlov toho istého objektu pomocou dvoch pozorovacích ďalekohľadov. Goniometre sú široko používané v topografii, v vojenskej techniky, pri geodetických prácach.

Meracie mikroskopy sú zariadenia na zväčšovanie viditeľných rozmerov (alebo zorných uhlov) rôznych predmetov a meranie rozmerov zväčšených detailov. V časti "Mechanické merania" dva typy takýchto meracej techniky: ide o merač dĺžky IZA a mikroskop Linnik - prístroj na meranie drsnosti povrchu. Najbežnejšími prístrojmi tohto typu sú bežné mikroskopy vybavené okulárovým mikrometrom. To umožňuje odhadnúť rozmery objemu priamym pozorovaním cez mikroskop. Takéto zariadenia široko používajú lekári, biológovia, botanici a vo všeobecnosti všetci špecialisti pracujúci s malými predmetmi.

Zariadenia na meranie vlastného tepelného žiarenia tela sa nazývajú pyrometre (od slova "pyro" - oheň). Tieto prístroje využívajú zákony žiarenia ohrievaných telies – Planckov zákon, Stefan-Boltzmannov zákon, Wienov zákon, Rayleigh-Jeansov zákon. O tejto triede zariadení sme uvažovali v časti o meraní teploty, kde sa pyrometre považujú za prostriedky bezdotykového merania teploty.

Pojem "fotometria" je odvodený od dvoch Grécke slová: "phos" - svetlo a "metreo" - meriam. Pri meracích prístrojoch, ktoré zaznamenávajú spektrálnu oblasť viditeľnú ľudským okom (λ = 350 - 760 nm), je dôležité nielen merať energetické charakteristiky, ale aj vyrobiť prístroj tak, aby jeho citlivosť na žiarenie zodpovedala na citlivosť ľudského oka. Takéto zariadenia merajú optické veličiny v optických jednotkách, z ktorých hlavnou je kandela (sviečka). Intenzita svetla je definovaná ako energia toku viditeľná ľudským okom, teda mechanická energia vynásobená viditeľnosťou oka, šíriaca sa v jednotkovom priestorovom uhle, t.j.

(8.1)

Ak je svietivosť vyjadrená v kandelách a priestorový uhol je v steradiánoch, potom bude svetelný tok vyjadrený v lúmenoch.

Osvetlenosť akéhokoľvek povrchu kolmého na smer šírenia svetla je hustota povrchu svetelný tok, t.j.

Vzťah medzi osvetlením a intenzitou svetla je daný základným zákonom fotometrie, ktorý hovorí, že osvetlenie z bodového zdroja sa mení nepriamo úmerne so štvorcom vzdialenosti od zdroja k osvetlenej ploche, t.j.

(8.3)

kde φ je uhol medzi normálou k povrchu a smerom distribúcie svetla. Osvetlenie sa vyjadruje v lúmenoch. Ak je úlohou charakterizovať fotometrické parametre samostatne svietiaceho objektu: vlákno žiarovky, obrazovka monitora, žiarovka žiarivky atď., mala by sa odmerať hodnota nazývaná svietivosť:

kde dS je svetelný povrchový prvok. Svietivosť v optických jednotkách je vyjadrená v lúmenoch na meter štvorcový (lm / m 2).

Ďalšou častou v praxi meranou optickou fyzikálnou veličinou je jas. Jas je definovaný pre svetelný objekt ako intenzita svetla z jednotkovej plochy kolmej na lúč:

Ryža. 8.2. K definícii jasu: a) samosvietiaci povrch; b) povrch osvetlený vonkajším zdrojom svetla

Pre povrch osvetlený vonkajším zdrojom svetla je jas definovaný ako pomer osvetlenia povrchu k priestorovému uhlu na základe tohto povrchu a s vrcholom v bode pozorovania:

Iná definícia jasu sa týka lúča svetla bez ohľadu na to, či pochádza zo samosvietiaceho povrchu alebo dopadá na akýkoľvek povrch. Jas elementárneho lúča je definovaný ako osvetlenie, ktoré vytvára na povrchu, ktorý je naň kolmý v jednotkovom priestorovom uhle, ktorý vypĺňa:

(8.7)

V prípadoch, keď sa vytvárajú zariadenia, ktoré pracujú v infračervenom alebo ultrafialovom rozsahu, namiesto optických jednotiek, ako už bolo spomenuté, sa používajú mechanické jednotky, t.j. výkon sa meria vo wattoch, energetické osvetlenie - vo wattoch na meter štvorcový, energetická náročnosť svetla - vo wattoch na steradián, energetický jas - vo wattoch na meter štvorcový na steradián. V kapitole "Metrológia" sa uvádza, že vzťah medzi relatívnymi fotometrickými jednotkami sa vykonáva pomocou konceptu mechanického ekvivalentu svetla a funkcie viditeľnosti ľudského oka. Pripomeňme, že mechanický ekvivalent svetla je sila svetelného toku pri vlnovej dĺžke 555 mikrónov, čo sa rovná 1 wattu mechanickej energie. V optických jednotkách je tento výkon 683 lúmenov, t.j.

(8.8)

V zariadeniach na meranie intenzity svetla - sviečkomeroch - sa používa zákon merania osvetlenia v závislosti od vzdialenosti. V tomto prípade sa svietivosť zdroja meria porovnaním (porovnaním osvetlenia generovaného týmto zdrojom s osvetlením generovaným zdrojom so známou svietivosťou I,). Schéma takéhoto zariadenia je znázornená na obr. 8.3 .

Pohybom obrazovky a lampy sa signály z fotodetektora pri osvetlení oboma lampami zhodujú. Potom zmerajte vzdialenosť r 1 a r 2 zodpovedajúcu tejto polohe. Intenzita svetla zdroja I 2 sa zistí zo zjavnej rovnosti:

(8.9)

Existuje dostatočný počet rôznych implementácií tejto metódy, a to ako na porovnávanie lámp s rôznym spektrálnym zložením žiarenia, tak aj s rôznou intenzitou. Namiesto fotodetektora sa často používa nejaký druh vizuálneho zariadenia a rovnosť osvetlenia je stanovená bez merania fotoprúdov.

Rovnaký princíp vo vzťahu k meraniu svietivosti výkonných zdrojov alebo vo veľkej vzdialenosti od svetelného zdroja k fotodetektoru je implementovaný v takzvanej telemetrickej metóde. Podstata tejto metódy je založená na výbere a meraní svetelného toku ΔF šíriaceho sa zo zdroja v rámci malého priestorového uhla Δω a tým určenia intenzity osvetlenia v príslušnom smere. Obrázok 8.4
vysvetľuje podstatu telemetrickej metódy.

Žiarenie zdroja A, ktorého svietivosť sa musí určiť, dopadá na kladnú šošovku L, ktorej optická os sa zhoduje so smerom meranej svietivosti. V ohniskovej rovine F je inštalovaná membrána D s plochou otvoru S rovnou δ. Priestorový uhol, v ktorom lúče dopadajúce na šošovku L dosiahnu fotobunku, sa rovná Δω=δ/f2, kde f je ohnisková vzdialenosť šošovky. Fotobunka v obvode fotobunky musí byť úmerná svetelnému toku ΔF použitému v rámci konštantného priestorového uhla Δω pre dané zariadenie. V tomto prípade sa fotobunka rovná

(8.10)

kde K je konštantný koeficient, I je požadovaná intenzita osvetlenia. Koeficient K sa určuje pri odstupňovaní a stupnica elektrického meracieho prístroja sa kombinuje priamo v jednotkách svietivosti - v kandelách alebo vo wattoch na steradián.

Na meranie svetelného toku sa meria osvetlenie vnútorného povrchu bielej matnej gule. Ak je vo fotometrickej guli nainštalovaná clona E medzi svetelný zdroj, tok, z ktorého chcete merať, a fotodetektor, potom je osvetlenie v mieste fotodetektora úmerné celkovému svetelnému toku:

(8.11)

kde ρ je koeficient odrazu vnútorného povrchu gule; r je polomer gule; a - fotometrická konštanta gule - koeficient úmernosti medzi veľkosťou svetelného toku zo zdroja a osvetlením povrchu fotodetektora. Vo väčšine praktických prípadov sa koeficient a určuje experimentálne meraním svetelného toku zdroja so známymi hodnotami celkového svetelného toku.

Merač svetla - luxmetre - sú najobľúbenejšie optické prístroje používané v praxi. Práve tieto zariadenia kontrolujú úroveň osvetlenia vo všetkých prípadoch - v interiéri, exteriéri, pri vykonávaní akýchkoľvek technologických meraní atď.

Luxmetre sú v princípe najjednoduchšie zo všetkých fotometrických prístrojov. Fotoelektrické expozimetre sa zvyčajne skladajú z fotobunky a citlivého elektrického meracieho zariadenia. Nevyhnutná podmienka Správnosť odčítania luxmetra zodpovedá spektrálnej citlivosti fotodetektora funkcii viditeľnosti ľudského oka, t.j. maximálna citlivosť by mala byť v žltozelenej oblasti s poklesom ultrafialového žiarenia (až 380 nm) oblasti a v infračervenej (viac ako 760 nm) oblasti. Pretože plocha fotodetektora je prísne pevná, signál z nej je úmerný osvetleniu a mierka zariadenia môže byť podľa toho odstupňovaná v luxoch.

Infra červená radiácia. Keďže vzťah medzi celkovou energiou tepelného žiarenia a teplotou je daný Stefanovým-Boltzmannovým zákonom, hodnoty spektrofotometrov závisia od toho, ktorý svetelný zdroj osvetľuje daný objekt. Vo väčšine prípadov sú prístroje kalibrované na osvetlenie pomocou žiaroviek, tzv. Zdroj typu A. Ak je objekt osvetlený inými typmi zdrojov, ako sú žiarivky alebo ortuťové oblúkové výbojky, potom je možné údaj na stupnici luxmetra opraviť pomocou korekčného faktora N, ktorý je potrebné vynásobiť výsledkom, aby sa zistilo správnu hodnotu merané osvetlenie. Hodnoty korekčného faktora N pre najčastejšie používané svetelné zdroje sú uvedené v tabuľke. 8.1.

Tabuľka 8.1

Korekčné faktory pre meranie
energetické toky svetelných zdrojov
s rôznymi teplotami farieb

Teplota farby svetelného zdroja, K	2360	2856	3100	3250	3400	4800	5800
Korekčný faktor, N	1,003	1,00	0,99	0,975	0,973	0,843	0,78

Na meranie jasu podľa 8.5 - 8.7 je potrebné zmerať energiu svetelného lúča, obmedzenú dvoma clonami. Na realizáciu tohto obsahuje merač jasu spravidla achromatickú šošovku, ktorá premieta obraz objektu do roviny clony D, za ktorou je inštalovaný fotodetektor. Schéma merača jasu je uvedená na obr. 8.5 .

Zariadenie postavené podľa takejto schémy reaguje na svetelný tok prichádzajúci z povrchu určenej veľkosti dS pod určitým uhlom dω. Preto bude zaznamenaná knižnica fotografií úmerná jasu objektu a zariadenie je možné kalibrovať v jednotkách jasu. V praxi majú merače jasu zameriavacie zariadenie, ktoré vám umožňuje vidieť okom tú časť povrchu, ktorej jas sa meria.

Pri meraní jasu vysunutých samosvietiacich predmetov môžete použiť prístroj na meranie osvetlenia - luxmeter - umiestnením priamo na svietiacu plochu. V tomto prípade bude fotodetektor zbierať všetko žiarenie objektu vyžarujúce v priestorovom uhle 2π steradiánov a jas samosvietiaceho povrchu sa bude líšiť od osvetlenia o 2π, t.j.

Táto metóda sa v praxi často používa. Existujú aj medzizariadenia kalibrované v jednotkách jasu, aj keď sú dizajnovo identické s bežnými luxmetrami.

Meracie prístroje s optickým a opticko-mechanickým prevodom

Názov parametra	Význam
Predmet článku:	Meracie prístroje s optickým a opticko-mechanickým prevodom
Rubrika (tematická kategória)	Vzdelávanie

Opticko-mechanické meracie zariadenia sú široko používané v meracích laboratóriách a dielňach na meranie meradiel, planparalelných koncových mier, presných výrobkov, ako aj na nastavovanie a kontrolu aktívnych a pasívnych riadiacich zariadení. Tieto zariadenia sú založené na kombinácii optických obvodov a mechanických prevodov.

Medzi opticko-mechanické meracie prístroje patria pružinovo-optické meracie hlavy (optiky), optimetre, ultraoptimetre, dĺžkomery, meracie stroje, interferometre atď.

optimeter (GOST 5405-75) pozostáva z meracej hlavy 1, nazývanej optimetrická trubica, a stojanov (vertikálnych 2 alebo horizontálne 3). Vzhľadom na závislosť od typu racku sa optimetre delia na vertikálne (napríklad OVO-1 alebo IKV ) a horizontálne (napríklad CSO-1 alebo ICG ).

Vertikálne optimetre určené na meranie vonkajších rozmerov dielov a horizontálne - na meranie vonkajších aj vnútorných rozmerov.

Optická konštrukcia optimetrov využíva princípy autokolimácie a optickej páky.

Trubica optimetra funguje nasledovne. Lúče zo svetelného zdroja smerujú zrkadlom do štrbiny trubice a lámu sa v trojstennom hranole , prejsť cez stupnicu vyznačenú na rovine sklenenej dosky s 200 dielikmi. Lúč po prechode stupnicou narazí na hranol totálneho odrazu a odrazený od neho v pravom uhle smeruje k šošovke a zrkadlu. Výkyvné zrkadlo je pružinou pritlačené k meracej tyči . Pri pohybe meracej tyče , na základe meranej časti , zrkadlo sa otáča o uhol okolo osi prechádzajúcej stredom referenčnej gule, čo spôsobuje, že lúče odrazené od zrkadla sa odchyľujú o 2-krát väčší uhol ako bol pôvodný. Rozptýlený odrazený lúč lúčov je šošovkou premenený na zbiehajúci sa lúč, ktorý dáva obraz stupnice. V tomto prípade je mierka posunutá vo vertikálnom smere vzhľadom na pevný ukazovateľ o určitú hodnotu úmernú nameranej veľkosti. Ovládač pozoruje obraz stupnice cez okulár spravidla jedným okom, čo ho veľmi unavuje. Pre pohodlie pri čítaní je na okulár nasadená špeciálna projekčná dýza, na ktorej obrazovke môžete oboma očami pozorovať obraz stupnice.

Ryža. 14. Optimeter

Optické meracie prístroje našli uplatnenie v meracích laboratóriách pre absolútne a relatívne merania bezkontaktnou metódou dielcov zložitého profilu (závity, šablóny, vačky, tvarovky rezné nástroje), na presné meranie dĺžok, uhlov, polomerov. Tieto zariadenia sú založené na optických schémach. Najbežnejšie z nich sú: mikroskopy (prístrojové, univerzálne, projekčné), projektory, optické dĺžkomery a goniometre, deliace hlavy, stoly a pod.

Prístrojové a univerzálne mikroskopy určené na absolútne merania uhlov a dĺžok rôznych častí v pravouhlých a polárnych súradniciach. V súlade s GOST 8074-82 sa mikroskopy vyrábajú s mikrometrickými meračmi typov: typ A - bez sklonu hlavy a typ B - so sklonom hlavy. Mikroskopy IM 100x50, A a IM 150x50, B poskytujú možnosť odčítania údajov na stupniciach mikrometrických hlavíc a využitie koncových mier dĺžky, zatiaľ čo mikroskopy IMT 100x500, A; IMT 150x50, A; IMC 150x50, B; IMCL 160x80, B sú vybavené digitálnym čítacím zariadením.

Univerzálne meracie mikroskopy (GOST 14968-69) sa od inštrumentálnych líšia veľkým rozsahom merania a zvýšenou presnosťou. Namiesto mikrometrických metrov používajú milimetrové stupnice s čítacími špirálovými mikroskopmi.

Napriek konštrukčným rozdielom medzi inštrumentálnymi a univerzálnymi mikroskopmi majú spoločnú meraciu schému - zameriavanie rôznych bodov ovládanej časti, pohyb k tomu vo vzájomne kolmých smeroch a meranie týchto pohybov pomocou čítacích zariadení. Na zabezpečenie dobrého videnia sú mikroskopy vybavené výmennými šošovkami s rôznym stupňom zväčšenia.

Ako príklad zvážte dizajn a princíp merania mikroskop MMI(Obr. 15 ). Meraná časť AB pozerané cez objektív O mikroskop. Detail Obrázok 1B1 je skutočný, inverzný a rozšírený.

Oko pozorovateľa cez okulár OK vidí imaginárny, spätný a ešte raz zväčšený okulárom obraz detailu A 2B2.

Ryža. 15. Prístrojový mikroskop MMI

Na masívnom liatinovom podstavci 1 v dvoch na seba kolmých smeroch na guľôčkových vedeniach pomocou mikrometrických skrutiek 2, 1 4 pohyblivý merací stôl 3 so sprievodcami 4. Je dôležité si uvedomiť, že na odčítanie hodnoty pohybu stolíka na objímke upevnenej na metrickej matici je milimetrová stupnica I a na bubne pripojenom k ​​mikrometrovej skrutke je kruhová stupnica II. so 100 dielikmi (na obrázku je údaj mikrometra 29,025). Objektív 5 s rúrka je namontovaná na konzole 7, ktorá sa pohybuje vo vertikálnom smere pozdĺž stojana 11. Robiť Mikroskopický stojan typu B s ručným kolieskom 13 možno nakloniť na obe strany, čo umožňuje inštalovať mikroskop pod uhlom rovnajúcim sa uhlu elevácie meraného závitu. Zotrvačník 6, pohyblivá konzola 7, slúži na zaostrenie mikroskopu a nastavená poloha je fixovaná skrutkou 12. Na presné zaostrenie mikroskopu sa vlnitý krúžok 8 otáča, zatiaľ čo tubus sa posúva pozdĺž valcových vodidiel konzoly. V hornej časti tubusu je pripevnená vymeniteľná goniometrická okulárová hlava s terčom. 10 a referencia 9 mikroskopy.

Optické pravítka (GOST 24703-81) sú určené na zisťovanie odchýlok od priamosti a rovinnosti priamych línií, dosiek, ako aj vodiacich plôch obrábacích strojov, ktoré tvoria hriadele.

schému zapojenia optická čiara je znázornená na obr. 16.

Zariadenie je založené na meraní odchýlok bodov kontrolovanej plochy od pomyselnej priamky - optickej osi. Linka 5 (tenkostenná trubica s optickým systémom) namontovaná na dvoch podperách 4. Má priechodnú štrbinu, po ktorej sa pohybuje merací vozík. 3 so sondou 2, dotykom ovládanej plochy. Na určenie odchýlok povrchových bodov je mimoriadne dôležité skombinovať cieľový zdvih 7 a bifilárny b viditeľný na obrazovke a odčítať údaje na bubne mikrometra 1. Optické pravítka môžu mať záznamové zariadenie vo forme profilografu, ktorý umožňuje graficky reprodukovať na papier profil kontrolovanej plochy.

Ryža. 16. Optické pravítko.

Meracie prístroje s optickou a opticko-mechanickou konverziou - koncepcia a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Meracie prístroje s optickým a opticko-mechanickým prevodom" 2017, 2018.

Článok je venovaný prístrojom vyvinutým OOO NTP TKA na meranie hlavných svetelných a energetických parametrov a charakteristík zdrojov optického žiarenia vrátane LED.

Potreba rýchleho a spoľahlivého merania hlavných svetelných a energetických parametrov a charakteristík zdrojov žiarenia vo viditeľnej oblasti spektra, ako sú súradnice chromatičnosti, korelovaná farebná teplota, koeficient zvlnenia, jas, osvetlenie a ožiarenosť, je zrejmá. Je to diktované rýchlym vývojom alternatívnych zdrojov optického žiarenia (LED), vznikom rôznych možností displejov a svetelných displejov, ako aj technologickými procesmi využívajúcimi zdroje optického žiarenia.

Niektoré vlastnosti konštrukcie zariadení na meranie hlavných svetelných charakteristík svetelných zdrojov

Meranie osvetlenia a jasu je jednoduchý fotometrický postup. Zároveň sa pri navrhovaní a výrobe luxmetrov a meračov svietivosti stretávajú s dosť vážnymi problémami pri zabezpečovaní, aby vyrábané zariadenia spĺňali požiadavky regulačných dokumentov.

Takže napríklad fotodetektory (PD), ktoré sú hlavnou súčasťou zariadenia na meranie optického žiarenia, musia spĺňať množstvo elektrických a fotometrických požiadaviek v závislosti od oblasti použitia a účelu. Pri vývoji a výrobe zariadení na meranie parametrov žiarenia je potrebné poznať tieto požiadavky, ich vlastnosti, úskalia tvorby a spôsoby ich prekonania.

Zariadenie na vytváranie priestorovej charakteristiky (vstupné zariadenie) tvorí uhol záberu, ktorého hodnota je určená účelom vyvíjaného zariadenia. Takže napríklad vstupné zariadenie merača svetla alebo merača tepu sa vypočíta na základe nasledujúcich úvah.

Osvetlenie povrchu vytvoreného bodovým zdrojom žiarenia, ľubovoľne umiestneným pod uhlom. k jeho normálu (obr. 1), je určený výrazom:

Е = Е 0 ×сosβ, (1)

kde E 0 je osvetlenie vytvorené bodovým zdrojom umiestneným normálne vzhľadom na povrch; β je uhol medzi normálou a smerom k zdroju.

Ryža. 1. Ľubovoľne umiestnený zdroj

Je zrejmé, že merania prístroja, ktorý meria osvetlenie, sa musia riadiť rovnakým zákonom. V praxi nie je možné túto podmienku realizovať bez vykonania určitých opatrení v dôsledku závislosti koeficientu odrazu povrchu optických prvkov prijímacieho systému od uhla dopadu žiarenia, opísaného Fresnelovým vzorcom (2). Na splnenie tejto podmienky je potrebné zaradiť do optickej schémy fotodetektora takzvanú kosínusovú dýzu, ktorá tvorí požadovaný uhol záberu a kompenzuje chybu vnášanú povrchovým odrazom optických prvkov.

Najoptimálnejšou kosínusovou dýzou pre pracovný prostriedok (obr. 2) na meranie optického žiarenia je prvok z mliečneho skla, ktorý rovnomerne rozptyľuje dopadajúce žiarenie do všetkých smerov, čím zabezpečuje splnenie Lambertovho zákona, podľa ktorého je jas svetla- rozptylová plocha je vo všetkých smeroch rovnaká.

Ryža. 2. Cylindrická kosínusová tryska pre pracovné nástroje

Povrch materiálov použitých vo vstupných zariadeniach odráža dopadajúce žiarenie podľa Fresnelovho zákona:

kde φ 1 je uhol medzi svetelným lúčom dopadajúcim na povrch a normálou; φ 2 - uhol medzi lomeným lúčom a normálou. Graficky je táto závislosť znázornená na obr. 3.

Ryža. 3. Závislosť koeficientu odrazu povrchu materiálu od uhla dopadu

To znamená, že fotodetektor registruje žiarenie, ktoré nezodpovedá vzťahu (1) v uhloch väčších ako 60°, teda odlišných od skutočného žiarenia.

Na kompenzáciu straty odrazeného žiarenia sa používa bočná strana disku z mliečneho skla. Veľkosť toku žiarenia, ktoré prešlo do skla cez bočné plochy, je úmerné veľkosti valcového osvetlenia. Pod priemerným cylindrickým osvetlením rozumieme priemerné osvetlenie bočného povrchu vertikálne umiestneného valca. Je definovaný výrazom:

kde β je uhol dopadu svetla z bodového zdroja na bočnú plochu vertikálne umiestneného valca.

Svetelný tok Ф dopadajúci na fotocitlivý prvok použitý vo FPU je funkciou odrazu (ρ) a priepustnosti (τ) použitého materiálu, osvetlenia rovného povrchu (E p) a valcového osvetlenia bočnej plochy ( E c):

Analyticky opísať tento vzťah je pomerne ťažké vzhľadom na rozpätie parametrov použitých materiálov a geometrických rozmerov prvkov FPU. Pri vývoji a výrobe FPU sa empiricky nájde optimálna kombinácia charakteristík (značka mliečneho skla, jeho hrúbka a výška bočnej plochy vyčnievajúcej nad telo) poskytujúce danú chybu (1–2 %), určenú rozdiel medzi získanou priestorovou charakteristikou a teoretickou.

Okrem toho je pri vytváraní zariadení na meranie optického žiarenia potrebné vyriešiť problém zníženia spektrálnej charakteristiky citlivosti kremíkovej fotodiódy na relatívnu svetelnú spektrálnu účinnosť V(λ), ktorej tabuľkové hodnoty sú regulované. rozhodnutiami komisie MKO a GOST 8.332.

Spektrálna korekcia citlivosti fotodetektora Sf(λ) na danú formu S(λ) sa vykonáva spravidla farebnými filtrami. V tomto prípade je priepustnosť T(λ) určená vzťahom:

Existujú dva hlavné spôsoby usporiadania korekčných filtrov pred fotocitlivým prvkom (obr. 4).

Ryža. 4. Spôsoby usporiadania korekčných filtrov: a) subtraktívne; b) subtraktívne-aditívne (Dreslerova schéma)

V prvom prípade sú za sebou usporiadané farebné filtre s vhodnými spektrálnymi charakteristikami. Pri tomto usporiadaní (obr. 4a) sa žiarenie pred dosiahnutím fotodetektora postupne filtruje v každom filtri.

Ďalší spôsob usporiadania filtrov s požadovanými spektrálnymi charakteristikami je znázornený na obr. 4b. V tomto usporiadaní, nazývanom Dreslerovo usporiadanie, sú niektoré filtre umiestnené vedľa seba. Rôzne časti svetelného toku prechádzajú cez filtre rôznymi spôsobmi predtým, ako tok dosiahne prijímaciu oblasť fotodetektora. Výslednú krivku prenosu kombinácie možno efektívne riadiť zmenou relatívnej veľkosti jednotlivých komponentov. Korekčné filtre vyrobené podľa tohto princípu dokážu s vysokou mierou presnosti priblížiť relatívnu spektrálnu citlivosť fotodetektora ideálnym hodnotám V(λ) pri relatívne vysokom priepustnosti pri maximách kriviek. Zvyčajne sa najmä v praxi a pri výpočte uvažovaných zariadení používa prvý spôsob usporiadania svetelných filtrov z dôvodu jeho vyrobiteľnosti a jednoduchosti výpočtov.

Uvažujme príklad redukcie spektrálnej charakteristiky kremíkovej fotodiódy Sf(λ) na relatívnu svetelnú spektrálnu účinnosť V(λ) (obr. 5).

Ryža. 5. Pohľad na krivky spektrálnej citlivosti kremíkovej fotodiódy S(.) a danej miery V(.) Obr.

Charakteristika S(λ) sa redukuje na danú krivku pomocou korekčného filtra, ktorý môže byť zložený z farebných skiel (obr. 6).

Ryža. 6. Korekcia spektrálnej citlivosti fotodetektora pomocou farebných filtrov

Celková priepustnosť korekčného filtra sa vypočíta podľa vzorca:

kde i je počet farebných skiel, ktoré tvoria svetelný filter, k i (λ) je index absorpcie farebných skiel s indexom zodpovedajúcim počtu farebných skiel, t i je hrúbka zodpovedajúcich farebných skiel.

Typ okuliarov a ich počet boli zvolené poloempirickým spôsobom na základe dostupnosti vyrábaných a dostupných akostí. Takže napríklad pre viditeľnú oblasť spektra sa ukázali ako vhodné na korekciu tieto farebné sklá: SZS-21, SZS-22, SZS-23, ZhS-20, ZhZS-5, ZhZS-6, OS -5. Zo skupiny modrozelených skiel (SZS) bol vybraný SZS-21, pretože dobre potláča žiarenie v blízkej IR spektrálnej oblasti (760–1200 nm), kde je pozorovaná maximálna citlivosť kremíkových fotodiód (λ max = 800–900 nm), vybrané na korekciu. Oranžové sklo OS-5 je zameniteľné so sklom ZhS-20 a žltozelené sklo ZhZS-6 je zameniteľné so sklom ZhZS-5.

Voľba značky skiel a ich hrúbky a výpočet spektrálnej priepustnosti korekčného svetelného filtra prebieha tak, aby pri každej vlnovej dĺžke bola splnená podmienka: τ(λ)= V(λ)/Sph. (λ).

Striktné splnenie tejto podmienky na všetkých vlnových dĺžkach pre sériové farebné sklá a fotodetektory je prakticky nemožné. Vždy bude existovať odchýlka skutočne vykonanej krivky S(λ) = Sa(λ)..(λ) od danej, ktorú je potrebné odhadnúť v závislosti od účelu a spôsobu kalibrácie fotometra, kde je korekčný filter. použité.

Chyba korekcie fotodetektora sa odhaduje podľa metódy vyvinutej CIE (publikácia č. 53). Výpočet korekčnej chyby fotometrickej hlavy f 1 (Z) je založený na rozdiele odozvy na žiarenie ideálneho fotodetektora, ktorého tabuľková hodnota spektrálnej citlivosti je známa, a skutočného fotodetektora, relatívnej spektrálnej ktorého rozdelenie sa líši od toho, pri ktorom bola vykonaná kalibrácia.

kde S(λ) je relatívna spektrálna citlivosť študovaného fotodetektora; SV(λ) - relatívna spektrálna citlivosť referenčného fotodetektora; Фa(λ) - relatívne spektrálne rozdelenie zdroja "A", pri ktorom sa vykonáva kalibrácia; Ф i (λ) - relatívna spektrálna charakteristika tabuľkových zdrojov.

Prístroje na meranie optického žiarenia

Luxmetre novej generácie „TKA-Lux“ (obr. 7) a „TKA-PKM-31“ sú v súčasnosti najobľúbenejšie a majú metrologické charakteristiky na úrovni prístrojov najlepších svetových výrobcov pracovných meradiel. Rozsah merania osvetlenia v rozsahu 10–200 000 lx s chybou 6–8 %.

Ryža. 7. Vzhľad luxmeter "TKA-Lux"

"TKA-Lux/Etalon" je prvý ruský luxmeter, ktorého metrologické vlastnosti spĺňajú požiadavky pracovných noriem. Je určený na meranie osvetlenia vo viditeľnej oblasti spektra 380-760 nm, vytvoreného štandardnými zdrojmi optického žiarenia, umiestnenými normálne vzhľadom na prijímač. Luxmeter je určený na praktickú implementáciu schémy štátneho overovania prostriedkov na meranie množstva svetla v súlade s GOST 8.023-2000. Toto zariadenie z hľadiska presnosti reprodukcie a prenosu rozmerov jednotiek svietivosti a osvetlenia poskytuje metriku presných a pracovných meracích prístrojov a vyznačuje sa časovou stabilitou a spoľahlivosťou. Základná relatívna chyba merania osvetlenia povolená zariadením nepresahuje 6,0 %.

Vyvinutý kombinovaný prístroj luxmeter + merač jasu „TKA-PKM“ (02) slúži na meranie osvetlenia (v rozsahu 10–200 000 luxov s chybou 8 %) a jasu režijnou metódou (v rozsahu 10– 200 000 cd/m 2 s chybou 10 %) samosvietiace vysunuté predmety (obr. 8).

Ryža. 8. Vzhľad zariadenia "TKA-PKM" mod 0.2

Zariadenie sa líši od tradičných meračov jasu absenciou optických prvkov (šošoviek, objektívu) v obvode, čo značne zjednodušuje konštrukciu a znižuje náklady na zariadenie pri zachovaní jeho presnosti.

Na diaľkové zisťovanie jasu rozšírených zdrojov bolo vyvinuté lacné zariadenie na meranie jasu filmových plátien, merač jasu TKAYAR (obr. 9), ktorý spĺňa moderné metrologické a technické požiadavky. Zameranie na meraný objekt sa vykonáva pomocou laserového zameriavača.

Ryža. 9. Vzhľad merača jasu TKA-YAR

Pre zjednodušenie konštrukcie zariadenia bola v optickej schéme použitá nezaostrená šošovka. Neregulované zaostrovanie na určitú konštantnú vzdialenosť zvyšuje efektivitu práce so zariadením, keďže je vylúčená jedna z pracovných operácií. V tomto prípade nie sú potrebné žiadne korekcie kalibrácie, pretože hodnoty zariadenia sú úmerné jasu objektu bez ohľadu na vzdialenosť. Zariadenie má nasledovné technické údaje:

• zorný uhol - 1,0–1,5 °;
• rozsah merania - 10,0–2000,0 cd/m2;
• spektrálna korekcia - 2,0 %;
• celková chyba - 10,0 %;
• vzdialenosť od meraného objektu - nie menej ako 7,0 m.

Meranie faktora zvlnenia zdrojov žiarenia

Vyžarovanie svetelných zdrojov pri napájaní zo siete striedavý prúd(zvyčajne pri frekvencii 50 Hz) je pulzujúca. Frekvencia pulzovania sa v tomto prípade rovná dvojnásobku frekvencie napájacieho napätia 100 Hz. Ako kritérium na posúdenie relatívnej hĺbky kolísania osvetlenia v dôsledku zmeny času svetelného toku zdrojov žiarenia, keď sú napájané striedavým prúdom, sa zavádza koeficient pulzácie osvetlenia (Kp), vyjadrený vzorcom:

kde Emax je maximálna hodnota amplitúdy zmeny zložky osvetlenia, Emin je jej minimálna hodnota, Eav je priemerná hodnota osvetlenia (obr. 10).

Ryža. 10. Časová odozva pulzujúceho osvetlenia

Ryža. 11. Vzhľad zariadenia "TKA-PKM (08)"

Štrukturálne je zariadenie vyrobené vo forme dvoch blokov: časť fotodetektora (FPU) a jednotka na spracovanie informácií. Jednotka spracovania informácií obsahuje elektronický obvod pozostávajúci z ADC (analógovo-digitálny prevodník), LCD (displej z tekutých kryštálov) a procesora ADuC.

Zariadenie funguje nasledovne. Signál z FPA sa privádza do predzosilňovača, kde súčasne zosilňuje signál a škáluje ho.

Zosilnený signál sa privádza na vstup ADC na konverziu do digitálnej formy. Digitálny signál z výstupu ADC sa privádza do mikroprocesora na ďalšie spracovanie. Vykoná sa séria meraní s periódou 10 ms a určia sa maximálne, minimálne a priemerné hodnoty osvetlenia.

Spracovanie signálu nie je vo fáze s periódami oscilácií. Počas merania sa analyzuje niekoľko období a hodnoty výsledkov vzorky sa spriemerujú. Výsledok - hodnoty max, min a priemer sú určené v jednotkách osvetlenia lx. Po zistení parametrov signálu podľa vzorca (8) sa vypočíta hodnota koeficientu zvlnenia.

Stanovenie pulzačného koeficientu zdrojov žiarenia a osvetlenia realizuje prístroj TKA-PKM (08), informácie v ňom spracováva mikroprocesor. Tento merač srdcového tepu má nasledujúce špecifikácie:

rozsah merania koeficientu pulzácie - 0–100 %;

rozsah merania osvetlenia - 10–200 000 lx;

chyba merania nepresahuje 10%.

Meranie celkového svetelného toku

Dôležitou svetelnou charakteristikou vyžarovania LED je svetelný tok Ф (lm), ktorý je definovaný ako integrál celého toku žiarenia obsiahnutého pod indikátorom priestorového žiarenia (obr. 12).

Ryža. 12. Priestorové rozloženie intenzity svetla svietidla

Treba poznamenať, že indikátory žiarenia LED (na rozdiel od žiaroviek) môžu mať tie najbizarnejšie formy. Táto vlastnosť nám do značnej miery pomohla pri výbere spôsobu stavby meracieho zariadenia.

Metódy merania celkového svetelného toku

Existujú dva výrazne odlišné spôsoby merania celkového svetelného toku:

• goniometrická metóda;
• metóda „integračnej sféry“.

goniometrická metóda

Metóda je založená na postupnej fixácii intenzity svietivosti LED pri otáčaní o známy uhol. Prístroje používané na tieto účely sú goniometer s dostatočným uhlovým rozlíšením a fotometrická hlava so známym prevodným faktorom. Zníženie chyby merania a získanie najspoľahlivejšieho uhlového rozloženia je možné s minimálnou hodnotou kroku uhla natočenia LED vzhľadom k fotometru (alebo naopak). Moderné goniofotometrické inštalácie majú krok niekoľkých oblúkových minút. Súčasne sa vykonávajú merania axiálnej intenzity svetla a jeho priestorového rozloženia.

Na základe týchto údajov sa vypočíta svetelný tok. Získanie svetelného toku LED Ф s priestorovým rozložením svietivosti ľubovoľného tvaru sa určí pomocou ukazovateľov žiarenia veľkého počtu rovín (nI v (Θ) pri n→∞) a následným výpočtom priemeru hodnota Ф:

Proces merania celkového svetelného toku goniometrickou metódou je sľubný z hľadiska presnosti a obsahu informácií, vyžaduje si však značné materiálové náklady a čas.

Na rýchle uskutočnenie jednoduchých technologických meraní celkového svetelného toku sme zvolili metódu takzvanej „integračnej gule“, ktorú opísal M. M. Gurevich. V ňom sa porovnáva neznámy svetelný tok s vopred vypočítaným svetelným tokom príkladného osovo symetrického zdroja. Táto metóda umožňuje merať svetelný tok zdroja s ľubovoľným rozložením žiarenia v okolitom priestore rádovo rýchlejšie ako goniometrická metóda (obr. 13).

Obr.13. Meranie svetelného toku fotometrickou guľou

Takéto porovnanie sa robí pomocou fotometrickej gule s dostatočne veľkým priemerom, ktorá je vo vnútri natretá matnou bielou farbou a rozptyluje svetlo v súlade s Lambertovým zákonom.

Teória fotometrickej gule ukazuje, že svetelný tok rozptýlený jej vnútornou stenou je po nej rozložený veľmi rovnomerne. Ak je teda zdroj S umiestnený vo vnútri dutej gule, ktorej stena má vo všetkých bodoch rovnaký koeficient odrazu ρ a vyžaruje svetelný tok Ф, potom tok ρФ odrazený od steny gule vytvorí rovnaké osvetlenie pri všetky body

kde r je polomer povrchu gule.

Sekundárny odrazený svetelný tok ρ 2 F bude opäť rovnomerne rozložený po stene gule a dodatočné osvetlenie bude:

Celkové (celkové) osvetlenie v určitom bode M na vnútornom povrchu gule možno vypočítať takto:

kde E a - osvetlenie v určitom bode M s priamym svetlom dopadajúcim na povrch gule. Je zrejmé, že táto hodnota nebude vo všetkých bodoch rovnaká, pretože závisí od polohy zdroja S vo vnútri lopty a od jej rozloženia svetla.

Ak je však pomocou malej nepriehľadnej clony E (obr. 13), umiestnenej vo vnútri gule, malá časť steny v blízkosti bodu M chránená pred svetlom priamo zo zdroja, potom bude osvetlenie tejto časti nasledovne:

kde α je súčiniteľ úmernosti, ktorý závisí len od vlastností lopty.

Ak sa teda skúšobný zdroj S so svetelným tokom Ф nahradí vo vnútri gule vzorovým zdrojom S 0 so známym svetelným tokom Ф 0, potom je zrejmé, že osvetlenie v bode M bude:

Alebo vydelením výrazu (14) číslom (15) dostaneme:

Ryža. 14. Možnosť merania celkového svetelného toku LED

Po stanovení pomeru osvetlenia jedným alebo druhým spôsobom je možné určiť svetelný tok Ф zdroja, ktorý nás zaujíma.

Vzhľadom na to, že vyžarovanie LED je smerované a uhol vyžarovania nepresahuje 2., je možné zjednodušiť konštrukciu zariadenia inštaláciou skúmaných LED do steny gule. Tým sa znižuje počet konštrukčných prvkov vo vnútri lopty a následne aj jej geometrické rozmery. Lopta je vyrobená s dvoma otvormi. Za prvým je fotodióda s mliečnym sklom a sadou korekčných svetelných filtrov a za druhým - skúmané LED diódy (obr. 14).

Po určení reakcie fotodiódy na žiarenie - napríklad fotoprúdy vznikajúce v meracom obvode - nájdeme pomer i / i 0 a E / E 0, ktoré možno považovať za rovnaké, a vypočítame svetelný tok Ф podľa na vyjadrenie (16).

Výsledkom implementácie uvedenej metódy do praxe sme získali pracovný nástroj na meranie celkového prietoku znázornený na obr. 15. Chyba merania celkového svetelného toku bielych LED diód bola 7,0 %, farebných LED - 10,0 %.

Ryža. 15. Vzhľad prototypu zariadenia TKA-KK na meranie celkového svetelného toku vyžarujúcej LED Obr.

Ryža. 16. Fotodetektor (FPU) spektrokolorimetra

Dodatočné chyby v celkovej spektrálnej korekcii vyplývajúce zo selektivity koeficientu odrazu integračnej gule sú celkom jednoducho eliminované korekčnými filtrami. Meranie celkového svetelného toku môže byť vykonané v priebehu niekoľkých sekúnd operátormi všetkých úrovní zručností (obr. 15).

Meranie farebných charakteristík zdrojov optického žiarenia

Všeobecná koncepcia stavebných zariadení

Prístroje NTP TKA LLC na stanovenie farebných charakteristík zdrojov (spektrokolorimetre) sú založené na meraní spektrálneho zloženia optického žiarenia s následným matematickým spracovaním výsledkov.

Farebné súradnice zdrojov sú určené hodnotami troch integrálov v rámci viditeľného spektra:

kde Ф eλ (λ) - spektrálna hustota toku žiarenia; x‾(λ),y‾(λ),z‾(λ) - špecifické súradnice chromatičnosti.

Súradnice chromatickosti sa vypočítajú:

Fotodetektor spektrokolorimetra je znázornený na obr. 16.

Žiarenie skúmaného zdroja, ktoré prešlo separáciou na vytvorenie priestorových charakteristík (1), vstupuje do rozptylového zariadenia. Zariadenie je polychromátor (2) s registráciou rozloženého žiarenia fotodiódovým vedením (3). Pracovný spektrálny rozsah je určený povahou úloh.

Pri určovaní korelovanej farebnej teploty sa spektrálna hustota svetelnej energie M eλ (W m3) čierneho telesa (čierne teleso) určuje podľa Planckovho zákona podľa vzorca:

Súradnice farby čierneho telesa pri danej teplote T sa vypočítajú pomocou vzorcov (17). Potom sa použije prechod z farebného súradnicového systému CIE 1931 x, y do rovnomernejšieho kontrastného systému CIE 1976 u’, v’ podľa nasledujúcich vzorcov:

Pre študovaný zdroj žiarenia sa vykoná rovnaký prepočet farebnosti. Potom sa určí pole súradníc chromatičnosti čierneho telesa a zodpovedajúce pole teplôt.

Minimálna vzdialenosť v priestore u, v medzi bodom farebnosti skúmaného zdroja (u0', v0') a bodmi chromatičnosti poľa čiar čierneho telesa (ui', vi') (obr. 17) je určená vzorcom :

Ryža. 17. Čierna čiara v systéme farebných súradníc u ', v '

Potom sa vypočítané pole chromatičnosti a pole teploty čierneho telesa porovnajú a určí sa teplota študovaného zdroja Tj zodpovedajúca určitému bodu farebnosti (u j, v j ).

Vyvinutý spektrokolorimeter „TKA-VD“ je určený na stanovenie spektrálneho zloženia zdroja optického žiarenia s následným výpočtom farebných súradníc vo zvolenom súradnicovom systéme (obr. 18). Optická schéma zariadenia je polychromátor na difrakčnej mriežke s registráciou rozkladaného žiarenia fotodiódovou čiarou. Pracovný spektrálny rozsah zariadenia je (380–760) nm. Rozsah linearity signálu dosahuje šesť rádov. V závislosti od konfigurácie vstupného zariadenia zariadenie pracuje v režime merania jasu aj v režime merania osvetlenia. Spektrálne rozlíšenie zariadenia nepresahuje 3 nm.

Ryža. 18. Vzhľad spektrokolorimetra "TKA-VD"

Záver

Na záver by som rád poznamenal nasledovné. Prístroj sa stáva meracím nástrojom, keď je metrologicky zabezpečený. Niekedy si metrológia vyžaduje úsilie zodpovedajúce úsiliu vynaloženému na vývoj samotného zariadenia. NTP TKA LLC je vybavená moderným, vrátane unikátnym zariadením, ktoré zabezpečuje kalibračné a overovacie (Test-St. Petersburg) práce pri výrobe prístrojov série TKA. Pre každý typ prístrojov je schválená metrologická podpora meraní a etalónov príslušnej úrovne, ktorých štátne overenie sa každoročne vykonáva v oprávnených organizáciách Štátnej normy Ruskej federácie. Špecialisti centra poskytujú konzultácie o možnostiach využitia zariadení na riešenie konkrétnych problémov a dávajú odporúčania o najlepšom výbere medzi nimi. Na základe pokynov ministerstiev, rezortov a jednotlivých zákazníkov sa vykonávajú výskumné a vývojové práce súvisiace tak s vývojom nových typov zariadení, ako aj so štúdiami vplyvu fyzikálnych faktorov na hmotné predmety a štúdium výsledných zmien.

Literatúra

1. www.ledcommunity.ru (Webová stránka združenia ľudí, ktorých oblasť činnosti súvisí s priemyslom LED.)
2. Sauter G., Lindemann M., Shperling A., Ono O. Fotometria LED // Svetelné inžinierstvo. 2004. Číslo 3.
3. Nikiforov S. Meracie laboratórium pre komplexnú štúdiu charakteristík LED používaných v informačných zobrazovacích systémoch // Komponenty a technológie. 2007. Číslo 7.
4. Kruglov O. V., Kuzmin V. N., Tomsky K. A. Meranie svetelného toku LED // Svetelné inžinierstvo. 2009. Číslo 3.
5. Sapozhnikov R. A. Teoretická fotometria. L.: Energia. 1977.
6. Gurevič M. M. Fotometria (teória, metódy a zariadenia). Leningrad: Energoatomizdat. 1983.

16.1 Optimetre

Optimeter je pákový optický prístroj určený na presné relatívne merania geometrických veličín. Typy, základné parametre a technické požiadavky sú stanovené v GOST 5405-75. Optimeter pozostáva z optického zariadenia - trubice optimetra, zariadenia na pripevnenie trubice a stola na založenie meranej časti.

Optická konštrukcia optimetra je založená na použití optického ramena a autokolimačného systému. Na obr. 71, a, b znázorňuje opticko-mechanickú schému optimetrovej trubice. Svetlo zo zdroja 7 žiarenia smeruje zrkadlo 8 na skosený okraj osvetľovacieho hranola 9 a odrazené od neho osvetľuje mriežku 6 umiestnenú v ohniskovej rovine šošovky 4 autokolimátora. Na mriežke (obr. 1, b) vpravo vo svetlom obdĺžnikovom okienku na tmavom pozadí je stupnica ±100 dielikov a odčítaný index-ťah. Stupnica je zo strany okuláru prekrytá hranolom 9 a je posunutá voči osi o určitú vzdialenosť b. Po prechode cez stupnicu lúče dopadajú do pravouhlého hranola 5 a pri výstupe sa odchyľujú o 90° (to sa robí kvôli zníženiu

rozmery trubice). Potom lúče spolu s obrazom ťahov stupnice prechádzajú objektívom 4 a z neho dopadajú v paralelnom lúči na zrkadlo 3, odrážajú sa od neho a v opačnom smere poskytujú autokolimačný obraz stupnice na mriežke 6. Autokolimačný obraz mierky je symetrický k mierke zvislej osi z samotnej mriežky. Keďže ľavá polovica mriežky je priehľadná, obraz v mierke je pozorovaný ako čierne ťahy na svetlom pozadí. Ak je zrkadlo 3 kolmé na optickú os šošovky, potom nulové ťahy stupnice a ich autokolimačný obraz budú zarovnané na horizontálnej osi x mriežky s indexovým ťahom.

Ryža. 1. Optické usporiadanie vertikálneho optimetra

Pohyb autokolimačného obrazu stupnice vzhľadom na index-ukazovateľ sa počíta podľa princípu optickej páky. Ak po inštalácii meraného objektu 1 meracia tyč 2 posunie a nakloní zrkadlo 3, potom sa izo-

Posun mriežky sa bude pohybovať rovnobežne so zvislou osou mriežky (paralelne so skutočnou mriežkou). Tento posun je pozorovaný v okuláre 10 trubice optimetra. Projekčná tryska PN-16 je pripevnená k optimetru, čo uľahčuje proces merania.

Ryža. Obr. 2. Optické usporiadanie ultraoptimetra OVE-2

Optická schéma ultraoptimetra OVE-02, znázornená na obr. 2 predstavuje kombináciu autokolimačných obvodov a viacnásobného odrazového obvodu. Lúče svetla zo zdroja žiarenia 1

cez kondenzor 2, tepelný filter 3, šošovka 4 dopadajú na osvetľovací hranol 5, osvetľujú okienko priehľadnou stupnicou vytlačenou na planparalelnej sklenenej doske 15 umiestnenej v ohniskovej rovine šošovky 14. delenia. Stupnica má na oboch stranách ±100 dielikov (200 dielikov).

Lúče svetla vychádzajú z dosky 15, odrážajú sa od zrkadla 16, vstupujú do šošovky 14 a od nej v paralelnom prúde spolu s obrazom stupnice dopadajú na pevné zrkadlo 12, odrážajú sa od na oscilujúce zrkadlo 11. Tu dochádza k viacnásobnému odrazu. Ďalej sa lúče s autokolimačným odrazom stupnice vracajú na platňu 15, na ktorú sa v rovine indexovej lišty premieta obraz stupnice. Kombinované obrazy stupnice a indexovej lišty sa premietajú cez zrkadlový systém 8, 9, 10 na obrazovku 13.

Zaostrovanie a centrovanie lampy 1 sa uskutočňuje pozdĺž jej závitu so zaostrovaním šošovkou 6 a premietaním jej ostrého obrazu na tienidlo 13 pomocou zrkadlového systému 8, 9,10.

Axiálny pohyb meracej tyče 17 spôsobí naklonenie zrkadla pod určitým uhlom a, v dôsledku čoho sa autokolimačný obraz stupnice na obrazovke bude tiež pohybovať relatívne k uhlu 2a. Na zrkadlách 12 a 11, ktoré sú optickými multiplikátormi, prechádza lúč lúčov jedenástimi odrazmi.

Podľa umiestnenia meracích čiar sa optimetre delia na vertikálne a horizontálne. Vertikálne optimetre - obrábacie stroje so základovým zariadením vo forme regálu s vertikálnou osou umiestnenia. Horizontálne optimetre - stan-

kovy prístroje s vodorovnou osou trubice optimetra.

Podľa GOST 5405-75 sa stolové optimetre vyrábajú v nasledujúcich typoch: vertikálne (modely IK.V-2, IK.V-3); horizontálne (modely IKG-2, IKG-3); očné (modely IKV-2, IKG-2, IKG-3). Merací rozsah prístrojov: IK.V-2 od 0 do 180 mm; IKV-3 od 0 do 200 mm (len pre vonkajšie merania); IKG-2 a IKG-3 od 0 do 500 mm pre vonkajšie a od 0 do 400 mm pre vnútorné merania. Hodnota delenia trubice optimetra je 1 mikrón; rozsah merania na stupnici ±0,2 mm; povolená chyba chyby je ±0,2 µm na rezoch stupnice od 0 do ±0,06 mm. Rozsah indikácií nie je väčší ako 1 mikrón. Meracia sila pre vonkajšie merania nie je väčšia ako 200 cN.

16.2 Meracie stroje

Meracie stroje - opticko-mechanické kontaktné zariadenia určené na presné meranie dielov veľké veľkosti metóda priameho merania alebo porovnávania s mierou.

Pri konštrukcii stroja nie je dodržaný Abbeho princíp, pretože meracia čiara a stupnica sú zvyčajne umiestnené v rovnobežných rovinách. Pri použití Abbeho princípu by sa dĺžka stroja zväčšila o dve dĺžky meranej časti.

Konštrukcia meracieho stroja je znázornená na obr. 3. Na masívnom liatinovom lôžku 1 sa koník 3 pohybuje po paralelných vedeniach s meracím hrotom upevneným v jeho pinoli 6, ktorého axiálny pohyb vykonávajú ručné kolieska 2 mikroposuvu. Vreteník sa v pozdĺžnom smere posúva kremálnym mechanizmom. Spolu s vreteníkom sa pohybuje iluminátor 4 a ľavý kolimátor 15 s refrakčným hranolom 14. Vo vreteníku 10 je inštalovaný čítací mikroskop 11 a optimetrická trubica 9 s meracími hrotmi. Otáčaním ručného kolesa 12 sa koník posunie do 100 mm. Súčasne sa vreteník zablokuje v požadovanej polohe. Súčasne s vreteníkom sa pohybuje aj pravý kolimátor 15, ktorý je k nemu pripevnený refrakčným hranolom 14.

Na odčítanie rozmerov v rámci meracieho rozsahu je v ráme inštalovaná decimetrová stupnica 7, do ktorej je každých 100 mm vložených deväť sklenených dosiek 8 s osou. Pod vreteníkom je sklenená stupnica dĺžky 13 100 mm s dielikmi po 0,1 mm.

Ryža. 3. Schéma meracieho stroja

Na nastavenie stroja do nulovej polohy sa koník umiestni nad ľavú (nulovú) dosku s osou, pričom

optická os iluminátora je umiestnená nad okienkom mierky osy. Lúče svetla z lampy 4 cez kondenzátor 5 osvetľujú stred, prechádzajú cez lámavý hranol 14 a kolimátor 15 ich zbiera do paralelného lúča. Keďže os je v ohnisku kolimátora, v paralelnom lúči sa získa nekonečne vzdialený obraz osy. Ďalej tento obraz vstupuje do pravého kolimátora 15, prechádza cez hranol 14 a prekrýva obraz nulovej osy na stupnici 13 umiestnenej v ohnisku kolimátora. Pohybom vreteníka 10 sa nulový zdvih zhoduje so stredom bisector. Potom sa pomocou mikroskrutky 12 meracie hroty dostanú do vzájomného kontaktu a stupnica trubice optimetra sa nastaví na nulu. Potom je brková skrutka zaistená.

Pri meraní sa vreteník odsunie zozadu, ten sa skombinuje s požadovanou osou milimetrovej stupnice. Meraný diel sa inštaluje na meraciu linku pomocou objektového stola alebo pevných podpier, vreteník sa posúva, až kým sa meracie hroty oboch pažieb nedotknú meraného dielu. V tomto prípade by obraz stupnice optimetra nemal opustiť zorné pole trubice optimetra. Ďalej pohybom vreteníka 10 sa najbližšie dieliky stupnice 13 kombinujú s obrazom osového zdvihu a vykoná sa odčítanie. Počet decimetrov je určený číslom stupnice 13, odčítaným mikroskopom 11 s presnosťou 0,1 mm, a stotiny a tisíciny milimetra sú určené stupnicou trubice optimetra.

Meracie stroje IZM-1, IZM-2, IZM-4 sa vyrábajú s hornými meracími rozsahmi 1, 2 a 4 m. Rozsah merania IZM-1 je od 0 do 1000 mm pre vonkajšie a od 1 do 900 mm pre vnútorné merania; ISM-2 od 0 do 2000 mm pre vonkajšie merania a od 1 do 1900 pre vnútorné merania; ISM-4 od 0 do 4000 mm pre vonkajšie a od 1 do 3900 - pre vnútorné merania. Hodnota delenia je 1 µm. Prípustná chyba mierky osy ± (0,3 + 9-10 ~ 3 £) μm, váhy s čítacím zariadením c = = 0,1 mm ± (0,7 + 1,5-10 -3 L), kde L je menovitý rozmer, mm.

Zložky chýb merania na meracích strojoch sú podobné chybám optimetra. Pre stroje je však dôležitá zložka teploty. Hraničné chyby merania metódou priameho posúdenia vonkajších rozmerov 1-500 mm sú od ±1 do ±6 μm a pri meraní porovnávacou metódou - od ±1 do ±2 μm; vnútorné rozmery 13-500 mm v porovnaní s mierkami od ± 1,5 do ± 9 µm.

16.3 Meradlá dĺžky

Dĺžkomery sú opticko-mechanické zariadenia kontaktného typu, v ktorých je stupnica zarovnaná s meracou čiarou (plné využitie Abbeho princípu).

Ryža. Obr. 4. Optická schéma zvislého dĺžkového meradla IZV-2

Schematický diagram zvislého dĺžkového meradla IZV-2 je na obr. 4. Meracia tyč 4 má pozdĺžne okienko, do ktorého je vložená sklenená stupnica 5, ktorá má 100 dielikov v intervaloch 1 mm. Stupnica 5 je osvetlená svetelným zdrojom 1 cez svetelný filter 2 a kondenzor 3. Obraz milimetrovej stupnice je premietaný šošovkou 11 do roviny mriežok 7 a 8 okuláru 6 špirálového mikrometra. Hranoly 9 a 10 vychyľujú lúč lúčov vychádzajúcich z šošovky o 45°.

Ryža. Obr. 5. Optická schéma zvislého projekčného dĺžkového meradla IZV-3

Vertikálne projekčné dĺžkové meradlo IZV-3 (obr. 5) sa líši od dĺžkového meradla IZV-2 tým, že tu je namiesto okulárového mikrometra použité čítacie projekčné zariadenie s optickým mikrometrom. Svetlo z lampy / prechádza cez kondenzor 2, svetelný filter 3, osvetľovacie šošovky 4 a dopadá na reflexné zrkadlo 5, osvetľuje sekciu milimetrovej stupnice 6, ktorá sa pohybuje spolu s meracou tyčou 7. Obrázok tejto sekcie mierky šošovkou 8 cez hranolový systém 9, šošovkami 10 a planparalelnou doskou // premietanou na pevnú mriežku 13 (mierka desatín milimetra s indexom). Končatina 12 má mierku tisícin milimetra. Rameno a mriežka sú v ohniskovej rovine šošovky 16. Obraz milimetrových čiar, desatín a tisícin milimetra, ako aj index je premietaný kolektívnou šošovkou 14, šošovkou 16 a zrkadlovým systémom 15, 17, 18 na obrazovku 19.

Na diaľkomere sa vykonávajú absolútne merania koncových mier, priemerov hladkých hraničných mier, častí karosérie s výškovými rovinami. Pri použití malých goniometrov môžu merať profily malých kotúčových vačiek.

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

Ryža. 6. Schéma vodorovného dĺžkového meradla IK.U-2

Schematický diagram dĺžkového meradla IKU-2 je na obr. 6. Na vedeniach lôžka / je inštalovaný merací vreteník 6, v ktorom na meracej linke (v súlade s princípom Abbe)

je nainštalovaná meracia brka 23. Na pravý koniec brka je pripevnená milimetrová stupnica s dĺžkou 9 100 mm a na ľavý koniec je pripevnená trubica optimetra. Súčasne sa jeho meracia tyč 4 môže pohybovať vzhľadom na brko 23 a otáčať zrkadlo 5 trubice optimetra. Hrubý pohyb meracej tyče sa vykonáva ručným kolieskom 13 a jemný - mikroskrutkou 10. V hornej časti je nainštalovaná obrazovka a osvetľovací systém. Svetlo vychádzajúce z lampy 8 je rozdelené do dvoch lúčov. Prvý lúč je lomený hranolom 7, osvetľuje úsek milimetrovej stupnice a premieta obraz stupnice šošovkou 11 do roviny pevnej osovej stupnice 12 s hodnotou delenia 0,1 mm s celkovou dĺžkou 1 mm. Kombinované obrazy ťahov stupnice 9, 12 sú premietané šošovkou 14 na časť 15 clony 17. Druhý lúč sa láme v hranole 7 a smeruje k deliacej kocke, kde sa odrazí od priesvitnej plochy dopadá na osvetľovacie zrkadlo 20. Potom prejde optometrická stupnica 21 a jej obraz šošovkou 22 sa premietne na zrkadlo 5 trubice optimetra. Autokolimačný obraz optometrickej stupnice sa vracia na priesvitnú plochu kocky 19, prechádza ňou a odrazený od zrkadla 20 je nasmerovaný šošovkou 18 do sekcie 16 optometrickej stupnice obrazovky 17. Diel je inštalovaný na objektový stôl 24 a je cítiť meracími hrotmi 2, 3. sú pridané dva nezávislé pohyby - meracie brko 23 spolu s milimetrovou stupnicou 9 v rámci 100 mm a meracou tyčou 4 optimetrovej trubice v rozmedzí 100 mikrónov. Tieto pohyby sú fixované na obrazovke na stupniciach 15, 16.

Merací vreteník 6 spolu s meracím hrotom 3 sa ručným kolesom 13 privedie k meranej časti. Mikroskrutka 10 pohybuje meracím hrotom 23 spolu so stupnicou 9, kým milimetrová stupnica nie je zarovnaná s najbližším osovým zdvihom pevnej stupnice v desatinách milimetra. Odčítanie sa vykoná na stupnici 15, pričom sa k nej pripočíta alebo odčíta hodnota na stupnici 16 trubice optimetra.

Hlavné typy a technické charakteristiky vertikálnych a horizontálnych dĺžkových meradiel sú uvedené v GOST 14028-68.

V prevádzke sú vertikálne a horizontálne dĺžkomery týchto typov: vertikálne IZV-1, IZV-2, obrazovka IZV-3 s rozsahom čítania 100 mm, rozsahom merania O-250 mm a odčítaním 0,001 mm; horizontálne IKU-2 s rozsahom odčítania 100 mm, rozsahom merania 500 mm a od 1 do 400 mm, v tomto poradí, pre vonkajšie a vnútorné rozmery a odčítanie 0,001 mm.

Hlavnými výhodami týchto dĺžkových meradiel je zvýšená presnosť merania (3x), zvýšená produktivita (2x), uľahčenie manuálneho a poloautomatického riadenia meracieho procesu, absolútne merania s vysokou presnosťou a relatívne od certifikovanej hodnoty vzorového meranie s výsledkom merania zobrazeným na digitálnom displeji a digitálnom tlačovom zariadení.

Hlavné technické charakteristiky zvislého diaľkomeru s digitálnym zobrazením IZV-4 sú nasledovné: medza merania O-160 mm; rozlíšenie čítania 0,2 µm; základná chyba prístroja ± (0,4 + L/500) 10 3 mm, kde L je nameraná dĺžka v mm.

Horizontálny dĺžkomer s digitálnym odčítaním IZG-4 má tieto hlavné charakteristiky: limity merania pre vonkajšie rozmery 0-500 mm, vnútorné - 10-400 mm; rozlíšenie čítania 0,2 µm; základná chyba ± (0,3-M0 ~ 3 L) mm, kde L je nameraná dĺžka v mm.

Hranica dovolenej chyby dĺžkového meradla je normalizovaná v závislosti od menovitej veľkosti L a typu zariadenia: pre vertikálne ± (1,4 + L / 100) mikrónov (IZV-1); ±(1,4 + 1/140) µm (IZV-2)"; pre horizontálne merania ± (1,4 + L/100) µm (IKU-2) - pre externé merania a ± (1,9 + L/140) µm s vnútornými zmenami

rénium. Rozsah indikácií nie je väčší ako 0,4 mikrónu, meracia sila je 200 cN.

Hlavné zložky chyby merania s dĺžkovými meracími prístrojmi sú: chyba čítania špirálovým mikroskopom nie je väčšia ako 0,001 mm pre dvojité merania: chyba čítania pomocou optického mikrometra nie je väčšia ako 0,001 mm; chyby v rozdiele meracej sily v dôsledku teplotných deformácií.

Limitné chyby merania s dĺžkovými mierkami sa pohybujú od 1,5 do 2,5 mikrónov v závislosti od podmienok aplikácie.

Overovanie dĺžkových meradiel upravuje GOST 8.114-74 a MU-č.341. Na overovanie sa používajú koncové meradlá 4. kategórie. Vzhľadom na použitie veľkých koncových mier je potrebné venovať značnú pozornosť ich teplotnému vyrovnaniu. Na tento účel sa koncové miery zvyčajne umiestňujú na kovovú platňu blokov koncových mier na 1-2 hodiny alebo viac s dĺžkou mier do 100 mm, resp. 100-250 mm.

16.4 Katetometre

Katetometre sú zariadenia na bezdotykové diaľkové meranie v ťažko dostupných miestach vertikálnych a horizontálnych súradníc výrobkov, ktoré sa konvenčnými metódami ťažko merajú.

Katetometer (obr. 7, a) sa skladá z týchto hlavných častí: zameriavací prístroj - zameriavací ďalekohľad 3 pohybujúci sa po vodidlách 1, zariadenie 4 na nastavenie pozorovacieho ďalekohľadu do vodorovnej polohy (niveleta alebo autokolimátor), mierka 5 a čítacie zariadenie 2 (mikroskop, nonius, lupa). Na obr. Obrázok 7b znázorňuje optické usporiadanie katétometra KM-6, ktorý pozostáva z ďalekohľadu a čítacieho mikroskopu s osvetľovacím systémom. Teleskop obsahuje objektív 10 s pripájacími šošovkami 8, svetelným filtrom 9, zaostrovacou šošovkou 11, mriežkou 13 a okulárom 15. Čítací mikroskop obsahuje mikroobjektív 2, kockový hranol 3, mierkovú mriežku 12 a okulár 14.

Osvetľovacia časť mikroskopu určená na osvetlenie stupnice 1 pozostáva z lampy 7, kondenzora 6, svetelného filtra 5 a zrkadla 4.

V referenčnom mikroskope svetelné lúče z lampy 7 prechádzajú cez kondenzor 6, svetelný filter 5, odrážajú sa od zrkadla 4, prechádzajú cez hranol 3 a cez mikroobjektív 2 dopadajú na odraznú plochu milimetra. stupnica 1; potom sa od nej odrážajú a v opačnom smere míňajú mikroobjektív 2, kocka-hranol 3, „A obraz ťahu sa premieta na mierkovú mriežku 12. Kombinovaný obraz ťahu a mierkovej mriežky sa pozoruje v okulár 14. Pri meraní súradníc katétometrom je vzdialenosť od meraného objektu k šošovke približne určená ďalekohľadom Os stĺpika nastavte do zvislej polohy v rovine Zdvihnite merací vozík do výšky zvoleného bodu objektu a pomocou mechanického zameriavača nahrubo nastavte ďalekohľad okulár ďalekohľadu nasmerujte na ostrý obraz objektu ďalekohľad nasmerujte na vybraný bod a objektu tak, aby sa jeho obraz nachádzal v pravej polovici mriežky v strede uhlovej osy na úrovni vodorovného zdvihu.Prvé odčítanie sa vykoná pozdĺž mierky.Po premiestnení meracieho vozíka do polohy druhého bodu b sa vykoná druhé odčítanie.Veľkosť meraného segmentu je rozdiel medzi týmito dvoma hodnotami.

Ryža. 7. Katetometer

V súlade s GOST 19719-74 sa katétometre vyrábajú v dvoch typoch: B - vertikálne na meranie vertikálnych súradníc; U - univerzálny s prístrojom na meranie horizontálnych súradníc.

Jednosúradnicové vertikálne katétre KM-6, KM-8, KM-9 majú limity merania 0-200, 0-500 a 0-1000 mm a chyby čítacieho zariadenia ±1,5; ±2 a ±2 um.

Dvojsúradnicový univerzálny katéter KM-7 má limit merania 300X300 mm; chyba čítacieho zariadenia ±2 µm; trojsúradnicový modernizovaný katéter KM-9 má limit merania 1000 mm; chyba čítacieho zariadenia ±2 µm.

Hranice dovolenej chyby katétometrov pri meraní na štandardných váhach 2. kategórie by nemali presiahnuť ±(10 + L/100) µm pre meracie rozsahy na stupniciach 40-320 mm a ±(10 + L/50) µm na váhach. 500-1250 mm, kde L je vzdialenosť od predného konca šošovky ďalekohľadu k meranému objektu.

Pri meraní súradníc katétometrami dochádza k chybám v dôsledku porušenia princípu porovnávania, nepresnosti vo výrobe jednotlivé prvky dizajn, chyby inštalácie cieľových značiek na výrobku a chyby teploty.

16,5 Sférometre

Sférometre sú zariadenia určené na meranie polomerov zakrivenia guľových plôch nepriamym meraním výšky guľového segmentu. Schematický diagram sférometra SSO (IZS-7) je znázornený na obr. 8, a. V miskovitom telese 4 je v hornej časti inštalovaný vymeniteľný merací krúžok 1, na ktorého konci sú pod uhlom 120° natlačené tri guľôčky 10 na základňu meranej časti. Vo vnútri krytu sa môže meracia tyč 9 s kontaktnou guľôčkou na hornom konci pohybovať pozdĺž presných vedení. V pozdĺžnej drážke tyče je osadená milimetrová sklenená stupnica 6, osvetlená svetelným tokom osvetľovača 2 odrazeným od zrkadla 3. Obraz milimetrovej stupnice je premietaný mikroobjektívom 7 do roviny mierok obr. špirálový okulárový mikrometer 8. Protizávažie 5 zabezpečuje, že meracia tyč stúpa, kým sa gulička nedotkne povrchu (určitou silou).guľôčky.

Pri meraní polomerov zakrivenia konvexných povrchov sa druhý spolieha na vnútorný povrch krúžky a konkávne plochy - na vonkajšom povrchu krúžku, t.j. pozdĺž bodov Ki, Kg (obr. 8, b).

Ryža. 8. SSO sférometer (IZS-7)

Pri meraní sa na krúžok umiestni referenčná sklenená doska a vykoná sa prvé odčítanie; umiestnením meranej časti na krúžok vykonajte druhé odčítanie. Rozdiel v údajoch je výška sférického segmentu.

Polomery zakrivenia guľových plôch /? 4 a Rz sú určené vzorcami: pre konvexnú guľu Ri - r 2 + h 2 /2h- q; pre konkávnu guľu Rz=r 2 + h 2 j2h + Q.

GOST 11194-76 zabezpečuje výrobu kruhových kontaktných sférometrov nasledujúcich typov: SSO (IZS-7) - stacionárne s optickým čítacím zariadením s časťou inštalovanou na zariadení; SNO (IZS-8) - prepravný list s optickým čítacím zariadením s inštaláciou zariadenia na diel; SNM (IZS-9) je mechanické zariadenie, meranie porovnaním s meradlom.

Rozsah merania polomeru na sférometroch ССО, СНО, СНМ od 10 do 40000 mm: rozsah stupnice sférometrov ССО, СНО od 0 do 30 mm, a SNM od 0 do 100 mm; hodnota delenia 1,0 mm; hodnota dielika stupnice čítacieho zariadenia je 0,001 mm.

16.6 Prístrojové a univerzálne mikroskopy

Prístrojové a univerzálne mikroskopy sú meracie opticko-mechanické prístroje širokého použitia. Používajú sa v metrologických laboratóriách strojárskych závodov na meranie lineárnych a uhlových geometrických veličín.

Ryža. 9. Optické usporiadanie prístrojového mikroskopu

Prístrojové meracie mikroskopy sú určené na meranie vonkajších a vnútorných geometrických rozmerov, uhlov výrobkov pozdĺž goniometrickej hlavy a stola, fréz, fréz, vačiek, šablón a iných dielov v prechádzajúcom a odrazenom svetle.

Optická schéma (veľkého prístrojového mikroskopu (LMI) je znázornená na obr. 9. Svetlo z lampy 1 prechádza cez paraboloidný kondenzor 2, šošovku 3, svetelný filter 4, irisovú clonu 5, odráža sa od zrkadla 6 a smeruje do šošovka so zmeneným smerom 90°7 a z nej paralelným lúčom osvetľuje meraný objekt umiestnený na objektovej doske 8 alebo v stredoch vreteníka.Objektív 9 premieta obraz objektu do ohniskovej roviny okuláru 14, kde je inštalovaná mriežka 13 goniometrickej hlavy okuláru. V zadnej ohniskovej rovine šošovky je clona 10, spojená s irisovou clonou, čo vedie k telecentrickej dráhe lúča.

Hranol 11 poskytuje priamy obraz a mení smer optickej osi v smere vhodnom pre pozorovateľa. Ochranné sklo 12 chráni optické časti pred znečistením pri výmene okulárovej hlavy.

Schéma ukazuje goniometrickú hlavu, pozostávajúcu z okuláru 14, sklenenej končatiny 18 so stupnicou od 0 do 360 ° s hodnotou delenia 1 °, mriežky 13, ktorá sa môže otáčať s končatinou; čítacím mikroskopom s objektívom 17, okulárom 15 s mriežkou 16, osvetľovacím zariadením 20 a svetelným filtrom 19.

V hlave okuláru sa pozoruje obraz obrysu objektu a mriežka. Symetricky k diametrálnej prerušovanej čiare sú nakreslené dve rovnobežné prerušované čiary vpravo a vľavo vo vzdialenosti 0,3 a 0,9 mm k polohe značiek od okraja meracích nožov, keď sú v kontakte s meranými nožmi. povrch dielu. Pri mierení sa kombinujú zodpovedajúce riziká noža a mriežky, čo výrazne zvyšuje presnosť merania.

Optické meracie zariadenie

v strojárstve merací prístroj, v ktorom sa zameriavanie (kombinácia hraníc kontrolovanej veľkosti so zámerom, zameriavacím krížom atď.) alebo dimenzovanie pomocou zariadenia s optickým princípom činnosti. Rozlišujte tri skupiny O. a. atď.: zariadenia s metódou optického zameriavania a mechanickým (alebo iným, ale nie optickým) spôsobom počítania pohybu; zariadenia s optickou metódou pozorovania a počítania pohybu; zariadenia, ktoré majú mechanický kontakt s meraným objektom, s optickou metódou na určenie pohybu kontaktných bodov.

Zo zariadení prvej skupiny sa rozšírili projektory na meranie a ovládanie častí so zložitým obrysom a malými rozmermi (napríklad šablóny, časti hodinového strojčeka atď.). V strojárstve sa používajú projektory so zväčšením 10, 20, 50, 100 a 200 s veľkosťou plátna od 350 do 800 mm v priemere alebo na jednej strane. T. n. projekčné dýzy sú inštalované na mikroskopoch, kovoobrábacích strojoch a rôznych zariadeniach. Prístrojové mikroskopy ( ryža. jeden ) sa najčastejšie používa na meranie parametrov závitu. Veľké modely inštrumentálnych mikroskopov sú zvyčajne vybavené premietacím plátnom alebo binokulárnou hlavou pre jednoduché prezeranie.

Najbežnejším prístrojom druhej skupiny je univerzálny merací mikroskop UIM, v ktorom sa meraná časť pohybuje na pozdĺžnom vozíku a hlavový mikroskop sa pohybuje na priečnom. Pozorovanie hraníc kontrolovaných povrchov sa vykonáva pomocou hlavového mikroskopu, riadená veľkosť (veľkosť pohybu dielu) sa určuje na stupnici, zvyčajne pomocou čítacích mikroskopov. V niektorých modeloch UIM sa používa projekčné čítacie zariadenie. Komparátor rušenia patrí do rovnakej skupiny zariadení.

Prístroje tretej skupiny slúžia na porovnávanie nameraných lineárnych veličín s mierami alebo stupnicami. Zvyčajne sú zoskupené pod spoločným názvom. Y komparátor. Táto skupina zariadení zahŕňa Optimeter, optika, Merací prístroj, kontaktný interferometer, optický dĺžkomer atď. Kontaktný interferometer (prvýkrát vyvinutý I. T. Uverským v roku 1947 v závode Kalibr v Moskve) používa Michelsonov interferometer (pozri čl. Interferometer), ktorého pohyblivé zrkadlo je pevne spojené s meracia tyč. Pohyb tyče počas merania spôsobuje proporcionálny pohyb interferenčných prúžkov, ktorý sa odčíta zo stupnice. Tieto zariadenia (horizontálneho a vertikálneho typu) sa najčastejšie používajú na relatívne merania dĺžok koncových mier (Pozri koncové miery) pri ich certifikácii. V optickom dĺžkomere (Abbeho dĺžkové meradlo) spolu s meracou tyčou ( ryža. 2 ) čítacia stupnica sa pohybuje. Pri meraní absolútnou metódou sa veľkosť rovnajúca sa pohybu stupnice zisťuje cez okulár alebo na premietacom zariadení pomocou nónia.

Sľubným smerom vo vývoji nových typov O. a. atď., je vybaviť ich elektronickými čítacími zariadeniami, ktoré umožňujú zjednodušiť čítanie indikácií a zameriavanie, získať indikácie spriemerované alebo spracované podľa určitých závislostí atď.

Lit.: Handbook of Linear Measurement Techniques, trans. z nemčiny, M., 1959; Optické prístroje na meranie lineárnych a uhlových veličín v strojárstve, M., 1964.

N. N. Markov.

Veľká sovietska encyklopédia. - M.: Sovietska encyklopédia. 1969-1978 .

Pozrite sa, čo je "Optické meracie zariadenie" v iných slovníkoch:

zariadenie- zariadenie: Súprava výrobkov rôzneho funkčného účelu rovnakého druhu, napr.: lyžica, vidlička, stolový nôž, spojené spoločným výtvarným dizajnovým riešením, určené na prestieranie. Zdroj: GOST R 51687 2000: ... ...

- (z gréckeho optós viditeľný a ... meter (Pozri ... meter)) prístroj na meranie lineárnych rozmerov (relatívnou metódou), v ktorom ako prevodný prvok slúži pákový optický mechanizmus. Páka je výkyvný mechanizmus v mechanizme ... ...

V strojárstve zovšeobecnený názov pre skupinu nástrojov používaných na meranie a riadenie lineárnych a uhlových rozmerov dielov a hotových výrobkov. Technické prostriedky s normalizovanými metrologickými parametrami alebo vlastnosťami, určené ... ... Veľká sovietska encyklopédia

Nástroje na meranie závitov, prostriedky na meranie a kontrolu závitov (Pozri závit). Rozlišujte R. a. pre komplexné riadenie a pre meranie jednotlivých parametrov; vonkajšie a vnútorné závity; valcové a kužeľové závity; vodiace skrutky... Veľká sovietska encyklopédia

Optimeter, optimeter m. Optický merací prístroj pre obzvlášť presné meranie lineárnych rozmerov. Vysvetľujúci slovník Efraim. T. F. Efremová. 2000... Moderné slovník ruský jazyk Efremova

interferometer- a, m. interféromètre m., zárodok. Interferometer. špecialista. Optický merací prístroj založený na fenoméne interferencie. BAS 1. Interferometrické oh, oh. Interferometrické merania. ALS 1. Lex. TSB 1: interferometre; TSB 2: … … Historický slovník galicizmov ruského jazyka

RM 4-239-91: Automatizačné systémy. Slovník-príručka o pojmoch. Manuál k SNiP 3.05.07-85- Terminológia RM 4 239 91: Automatizačné systémy. Slovník termínov. Manuál k SNiP 3.05.07 85: 4.2. AUTOMATIZÁCIA 1. Implementácia automatických prostriedkov na implementáciu procesov STISO 2382/1 Definície pojmu z rôznych dokumentov: ... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie

GOST 24453-80 Meranie parametrov a charakteristík laserového žiarenia. Pojmy, definície a písmenové označenia veličín- Terminológia GOST 24453 80: Meranie parametrov a charakteristík laserového žiarenia. Pojmy, definície a písmenové označenia hodnoty pôvodného dokumentu: 121. Absolútna spektrálna odozva citlivosti meracieho prístroja ... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie

GOST 15528-86: Prístroje na meranie prietoku, objemu alebo hmotnosti prúdiacich kvapalín a plynov. Pojmy a definície- Terminológia GOST 15528 86: Prístroje na meranie prietoku, objemu alebo hmotnosti prúdiacich kvapalín a plynov. Termíny a definície pôvodný dokument: 26. Akustický prevodník prietoku D. Akustischer Durch flußgeber E. Akustický prevodník prietoku F … Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie

GOST 22267-76 Obrábacie stroje. Schémy a metódy merania geometrických parametrov- Terminológia GOST 22267 76: Obrábacie stroje. Schémy a metódy merania geometrických parametrov pôvodný dokument: 25.1. Metódy merania Metóda 1 pomocou zariadenia na meranie dĺžok s priamočiarym pohybom pracovného prvku. Metóda 2…… Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie