Оптические средства измерения реферат
Обновлено: 05.07.2024
Оптико-механические измерительные приборы расширяют оптические возможности человеческого глаза. Они позволяют получать увеличенные изображения измеряемых объектов, повышать точность отсчета и точность измерений, а также уменьшать габариты приборов путем применения отражательных зеркал и преломляющих призм.
В основу конструкций оптико-механических измерительных приборов положены законы физической, геометрической и физиологической оптики.
Под увеличением оптического прибора понимают отношение угла зрения, под которым видят изображение предмета при помощи прибора, к тому углу зрения, под которым видят предмет невооруженным глазом на расстоянии нормального зрения.
Для увеличения изображения предмета в оптических приборах и увеличения разрешающей способности глаза применяют лупу, проекционный объектив, микроскоп и зрительную трубу.
Оптико-механические приборы, применяемые в измерительной технике, можно разделить на следующие группы: лупы, рычажно-оптические приборы, проекционные приборы, измерительные машины и измерительные микроскопы.
Оптическая схема, изображенная на рисунке 47, поясняет принцип оптического рычага.
Масштаб рычага определяется следующим выражением (без учета знаков):
где y - высота предмета;
у' - высота изображения предмета;
а - малое плечо оптического рычага;
а' - большое плечо оптического рычага.
Рис.47. Оптический рычаг
Оптический рычаг в сравнении с механическим имеет большие преимущества. Так, у миниметра, основанного на собственно рычажной механической передаче при цене деления с = 0,001 мм, малое плечо l = 0,1 мм, а большое L= 100 мм. При желании увеличить плечо l, чтобы упростить изготовление прибора и повысить его чувствительность и точность, пришлось бы значительно увеличить большое плечо, а следовательно, и габариты прибора. Применение оптического рычага позволяет удлинить большое плечо, не увеличивая при этом габаритов прибора, так как оптический рычаг может быть расположен в сравнительно небольшом пространстве, с помощью повторных отражений от зеркал.
Оптическое плечо, не имеющее массы, является безынерционным; поэтому в процессе измерения успокоение самого оптического плеча происходит мгновенно, что повышает точность отсчета. Кроме того, применение оптического рычага не вызывает увеличения массы (веса) прибора.
Наряду с оптическим рычагом в оптико-механических приборах используют автоколлимационный оптический умножитель, который усиливает отклоняющее действие оптической системы путем многократных отражений. На рис. 48 изображена принципиальная схема оптического умножителя. Угол Nα, образованный выходящим из умножителя лучом и его первоначальным направлением, равен 4α. Он может быть определен построением или по формуле
где N – число отражений от подвижного зеркала 1.
Рис.48. Принципиальная схема оптического умножителя
К основным оптико-механическим приборам, в которых используется оптический рычаг, относятся оптиметры, ультраоптиметры и пружинно-оптические головки (оптикаторы).
Пружинно-оптические приборы (оптикаторы)
Оптикаторы относятся к числу пружинно-оптических измерительных головок.
Оптикатор (ГОСТ 10593—74) (рис. 49) построен на том же принципе, что и микрокатор, но лишен основных его недостатков. На скрученной бронзовой ленте 4 закреплено зеркальце 3, которое отражает на шкалу 2 изображение штриха метки 7. Штриховая метка, освещаемая через конденсор 8 лампочкой 1, проектируется объективом 6 на зеркальце, находящееся в его фокусе. При перемещении измерительного стержня 5 и раскручивании ленты по шкале перемещается изображение штрихового указателя. Отражаемый от зеркальца луч света отклоняется на угол, вдвое больший при одинаковом угле раскручивания среднего сечения ленты. Чувствительность оптикатора в два раза больше, чем чувствительность микрокатора, а погрешность в пределах всей шкалы не превышает ±0,8 мкм.
Общий вид оптикатора показан на рисунке 50. Оптикаторы используют в универсальных стойках С1 и измерительных приспособлениях с присоединительным размером Ø28 мм.
Рис.50. Пружинно-оптическая измерительная головка
Оптиметры
Оптиметры предназначены для линейных измерений методом сравнения. Их типы, основные параметры, размеры и технические требования к ним регламентируются ГОСТ 5405-75. В зависимости от положения оси измерения оптиметры изготовляют вертикальные (рис.51) и горизонтальные (рис.52), по способу отсчета - экранные и окулярные.
| Рис. 51. Горизонтальный оптиметр | Рис. 52. Вертикальный оптиметр |
Пределы измерений по шкале составляют ±0,1 мм. Пределы измерений прибора определяются размерами вертикального (180 мм) или горизонтального (350 мм) штативов.
Измерительное устройство (трубка) оптиметра представляет собой автоколлиматор, приспособленный для измерения линейных отклонений.
Если источник света S1(рис.53)поместить в фокальную плоскость F, но не на главной оптической оси объектива, а на некотором расстоянии а от нее, то пучок параллельных лучей, выйдя из объектива и встретив на своем пути зеркало, расположенное под углом 90° к главной оптической оси, отразится от него, пройдет через объектив и сойдется в точке S2 на таком же расстоянии а от главной оптической оси, т. е. в симметричной S1 точке. Оптическая система, состоящая из коллиматора и зрительной трубы, называется автоколлимационной.
Рис. 53. Ход лучей в оптической трубке оптиметра
Если зеркало отклонить на угол α (рис.54, ,), то направление отраженных лучей изменится на угол 2α, в результате чего изображение светящейся точки переместится из точки S2 и при угле α=β/2 совпадет с главным фокусом S1 оптической системы.
В трубке оптиметра шкала 1 и указатель 2 (рис.54, а) нанесены фотографическим способом на плоскость стеклянной пластинки 6, лежащей в фокальной плоскости объектива. Шкала 1 и указатель 2 расположены в этой плоскости с разных сторон относительно главной оптической оси.
Если рассматривать освещенную шкалу S1 как источник света, то расходящиеся лучи, пройдя объектив ОБ и преломившись в нем, выйдут из него пучком параллельных лучей. Эти лучи упадут на зеркало 4 и, отразившись от него, пройдут через объектив и дадут изображение 3 шкалы, совмещенное с указателем 2 в фокальной плоскости объектива и симметричное шкале 1 относительно оси хх. Осветительная призма 5 заэкранирована, поэтому наблюдатель увидит через окуляр ОК только изображение 3 шкалы и указатель 2, нанесенный в фокальной плоскости объектива (рис.54).
Если не учитывать погрешности, возникающей вследствие глубины фокусировки, то практически можно считать, что указатель и изображение щкалы находятся в одной .плоскости и рассматриваются контролером при производстве отсчета без влияния параллакса.
Поворот зеркала на угол α вокруг оси, параллельной оси уу, вызовет смещение изображения шкалы вдоль оси ххотносительно указателя 2 на величину t.
Как видно из рис54, бперемещение изображения шкалы относительно неподвижного указателя
где F - главнее фокусное расстояние объектива (F = 200 мм);
2α - угол между главной и побочной оптическими осями при повороте зеркала на угол α;
а - интервал между штрихами шкалы;
n - число делений на участке tшкалы.
Передаточное отношение оптической трубки оптиметра
Передаточное отношение механизма трубки оптиметра
где tи S - перемещение соответственно изображения шкалы и измерительного стержня при повороте зеркала на угол α.
Из рис. 55 видно, что
где l - механическое плечо (l = 5 мм).
Рис.55. К расчету передаточного оптической трубки оптиметра
Ввиду малости угла αпринимаем, что
tg 2α = 2α и tg α = α,
Значение i= 80 указывает на то, что если измерительный наконечник переместится на 1мкм, то изображение шкалы переместится на величину t= 80 мкм.
Интервал а между штрихами шкалы можно определить из выражения
В оптиметре цена деления с = 0,001 мм, следовательно мм.
Однако величина интервала 0,08 мм недостаточна для наблюдения ее невооруженным глазом, поэтому изображение шкалы и его перемещение наблюдают под окуляром с 12-кратнымувеличением. Благодаря этому видимое расстояние между штрихами
Передаточное отношение, учитывающее увеличение микроскопа,
Ультраоптиметры
Ультраоптиметры построены по схеме автоколлимационного оптического умножителя, который усиливает отклоняющее действие оптической системы путем многократных отражений.
На рис.48 изображена принципиальная схема оптического умножителя. Угол отклонения выходящего из умножителя луча от первоначального направления β = 4α. Он может быть определен построением и по формуле
где N — число отражений от подвижного зеркала;
α - угол поворота подвижного зеркала.
Вследствие введения оптического умножителя повышается чувствительность прибора, а цена деления уменьшается до 0,0002 мм три сохранении относительно небольших габаритов прибора.
Принципиальное отличие схемы ультраоптиметра от рассмотренной выше схемы оптиметра заключается в разделении осветительной и зрительной систем прибора и двукратном отражении лучей от подвижного зеркала. На рис.56 приведена принципиальная схема ультраоптиметров фирмы Цейсс, применяемых для определения размеров образцовых концевых мер длины и особо точных деталей сравнением с концевыми мерами.
Рис.56. Схема ультраоптиметра
Источник света S через конденсор 1 освещает стеклянную пластинку 2, находящуюся в фокальной плоскости объектива 3.
На пластинке 2 нанесена шкала, у которой имеются ±415 делений с интервалом а= 0,057 мм.
Поток параллельных световых лучей, выйдя из объектива 3 после трехкратного отражения от зеркал 4 и 6, преломляется в объективе 7, и на стеклянной пластинке 8 возникает изображение шкалы. На этой пластинке нанесен горизонтальный штрих-указатель, поэтому наблюдатель увидит через окуляр 9 указатель и изображение шкалы.
При перемещении измерительного стержня 5 на величину s зеркало 4 повернется на угол α, а направление лучей отклонится от первоначального направления на угол 4α и изображение шкалы переместится на величину t. Цена деления ультраоптиметра с=0,0002 мм, а пределы измерения по шкале составляют ±0,083 мм.
Передаточное отношение но аналогии с расчетам трубки оптиметра определяется из следующих соотношений:
У рассматриваемого оптиметра F1 = F2 = F = 355 мм; l = 5 мм, следовательно,
Увеличение лупы Гок — 18 х ., поэтому видимый наблюдателю интервал между изображениями двух соседних штрихов
Передаточное отношение с учетом увеличения окуляра
Предельная погрешность измерения концевых мер 3 и 4-го разряда на ультраоптиметре не превышает ±(0,l+2·10 -3 l1)мкм, где l1— размер концевой меры в мм.
Погрешности проверенных интервалов шкалы не должны превышать ±0,15мкм для интервалов от 0до +40и от 0до -40мкм и ±0,25мкм для интервалов от 0до +80и от 0до -60мкм.
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.01)
Система контроля технологических процессов измерения размеров узлов и деталей. Линейки, микрометрический и штангенинструмент. Меры и средства измерений с механическим, оптическим и оптико-механическим преобразованием. Автоматические средства контроля.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.11.2009 |
| Размер файла | 793,0 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Комсомольский-на-Амуре политехнический техникум
Реферат на тему:
Средства для измерения и контроля линейных размеров
Студент Борцов А.В
Преподаватель Костина Т.В
2. Плоскопараллельные концевые меры длины
3. Измерительные линейки, штангенинструмент и микрометрический инструмент
4. Средства измерений с механическим преобразованием
5. Средства измерений с оптическим и оптико-механическим преобразование
6. Контроль калибрами
7. Автоматические средства контроля
8. Выбор средств измерения и контроля
Измерительная техника является неотъемлемой частью материального производства. Без системы измерений, позволяющей контролировать технологические процессы, оценивать свойства и качество продукции, не может существовать ни одна область техники.
Совершенствование методов средств и измерений происходит непрерывно. Их успешное освоение и использование на производстве требует глубоких знаний основ технических измерений, знакомства с современными образцами измерительных приборов и инструментов.
Средства измерений -- технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. Средства измерений делят на меры и измерительные приборы.
Мера -- средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, например концевая мера длины, гиря--мера массы. Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера (например, концевая мера длины), а многозначная мера--ряд одноименных величин различного размера (например, штриховая мера длины). Специально подобранный комплект мер, применяемых не только в отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера, называется набором мер (например, наборы плоскопараллельных концевых мер длины).
Измерительные приборы -- средства измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. По назначению измерительные приборы делят на универсальные - предназначенные для измерения одноименных физических величин различных изделий, и специализированные - служащие для измерения отдельных видов изделий (например, размеров зубчатых колес) или отдельных параметров изделий (например, шероховатости, отклонений формы поверхностей).
Плоскопараллельные концевые меры длины
За размер плоскопараллельной концевой меры длины принимается ее средняя длина l, которая определяется длинной перпендикуляра, проведенного из середины одной из измерительной поверхностей меры до середины противоположной.
Одним из основных свойств концевых мер длины, обеспечивающих их широкое применение, является притираемость, способность прочно сцепляться при прикладывании или надвигании одной меры на другую.
Измерительные линейки, штангенинструмент и микрометрический инструмент
Измерительная линейка. Относятся к штриховым мерам и предназначены для измерение размеров изделий 14…17 квалитетов.
Штангенциркули предназначены для измерения наружных и внутренних размеров изделий. Они выпускаются четырех типов: ШЦ--I ШЦТ--I (ШЦ--1 без верхних губок и с нижними губками, оснащенными твердым сплавом); ШЦ--II (рис. б) и ШЦ--111 (ШЦ--П без верхних губок). Основные части штангенциркулей: штанга 1, измерительные губки 2, рамка 3, зажим рамки 4, нониус 5, глубокомерная линейка 6 и микрометрическая подача 7 для установки на точный размер. При измерениях наружной стороной губок штангенциркулей ШЦ--II размер Ь = 10 мм прибавляется к отчету.
Штангенглубиномеры (ГОСТ 162-90) .
Принципиально не отличаются то штангенциркулей и применяются для измерения глубины отверстий и пазов.
Штангенрейсмасы (ГОСТ 164-90) являются основным измерительными инструментами при разметке деталей и определении их высоты. Они могут иметь дополнительный присоединительный узел для установки измерительных головок параллельно или перпендикулярно плоскости основания
Микрометрический инструмент. Предназначен для абсолютных измерений наружных и внутренних размеров, высот уступов, глубин отверстий, пазов.
Микрометры гладкие типа МК предназначены для измерения наружных размеров изделий. Основные узлы микрометра (рис.2а): скоба /, пятка 2 и микрометрическая головка 4 -- отсчетное устройство, 'основанное на применении винтовой пары, которая преобразует вращательное движение микровинта в поступательное движение подвижной измерительной пятки. Пределы измерений микрометров зависят от размера скобы и составляют 0--25; 25--50; . ; 275-- 300, 300--400; 400--500 и 500--600 мм. Микрометры для размеров более 300 мм оснащены сменными (рис. 26) или переставными (рис. 2в) пятками, обеспечивающими диапазон измерений 100 мм. Переставные пятки крепятся в требуемом положении фиксатором 5, а сменные пятки -- гайками 6.
Средства измерений с механическим преобразованием
Средства измерений и контроля с механической преобразованием основаны на преобразовании малых перемещений измерительного стержня в большие перемещения указателя (стрелки, шкалы , светового луча).
Индикаторы часового типа (ГОСТ 577-68)
Относящиеся к прибором с зубчатой передачей, имеют измерительный стержень с нарезанной зубчатой рейкой 3, зубчатое колесо 11,12,12 и 14 ,спиральную пружину 17, стрелку 3, стержень измерительный 6.
Индикаторные нутромеры. Предназначен для относительных измерений отверстий диаметром от 3 до 1000 мм.
Средства измерений с оптическим и оптико-механическим преобразованием
Оптико-механическое измерительные приборы широко применяются в измерительных лабораториях и цехах для измерения размеров калибров, точных изделий.
Оптиметр. (Оптиметры, оптикаторы, контактные интерферометры, длинномеры, измерительные машины, микроскопы и проекторы) предназначены для высокоточных измерений размеров и отклонений геометрической формы изделий дифференциальным методом. Конструктивно они представляют собой измерительные трубки (головки), устанавливаемые на стойках. В измерительном механизме трубок оптиметров и оптикаторов сочетаются механический и оптический рычаги, поэтому такие приборы иногда называют рычажно-оптическими.
Принцип действия оптического рычага показан на рисунке
зеркало 1 падает луч света 2 и отражается на шкалу прибора
3. Если зеркало наклонить на угол а, то отраженный луч сместится по шкале на величину I, пропорциональную расстоянию L шкалы от зеркала: I = 2aL. Механический рычаг связывает измерительный стержень прибора с поворачивающимся зеркалом. Оптическая система -- совокупность оптических узлов и деталей (линзы, призмы, зеркала, объективы, окуляр и т. д.), преобразует малые повороты зеркала в удобные для отсчета перемещения светового потока с изображением указателя по шкале прибора.
По положению линии измерения оптиметры делят на вертикальные (0В) и горизонтальные (ОГ), а по способу отсчета показаний--на окулярные (ОВО, ОГО) и экранные (ОВЭ, ОГЭ).
Основные характеристики оптиметров по ГОСТ 5405--75
Диапазон измерения, мм
Цена деления, мкм
Пределы измерения по шкале, мм
Допускаемая основная погрешность, мкм, на участке шкалы, ми от 0 до ±0,015
Вариация показаний, мкм
Контроль калибрами
Калибры - это тело или устройство , предназначенные для проверки соответствия размеров изделий или их конфигурации установленным допуском.
К числу основных правил, определяющих систему предельных гладких калибров, относятся:
- установление взаимосвязи между калибрами рабочими, при емными и контрольными;
- установление единых правил пользования калибрами и контркалибрами;
- разработка требований к конструкции калибров;
В условиях производства рабочие предельные калибры используют для выполнения двух взаимосвязанных задач. Первая задача выполняется изготовителями деталей изделия, а вторая - контролерами в системе технического контроля.
Ранее в отечественной практике рабочие предельные калибры имели клеймо Р-ПР (рабочие проходные) и Р-НЕ (рабочие непроходные). В настоящее время по стандартам И СО рабочие калибры имеют клеймо ПР и НЕ.
Осуществляя технологические процессы размерной обработки элементов деталей, рабочие неоднократно используют калибры, и особенно ПР, как при обработке отверстий, так и валов. Калибры-пробки ПР и калибры-скобы ПР подвергаются при этом износу. Поэтому в системе предельных гладких калибров уделяется должное внимание обеспечению износостойкости калибров, а также нормированию величин износа их проходных сторон, определяющих в конечном итоге стойкость калибров и эффективность контроля. Основой взаимосвязи поставленных задач, выполняемых с использованием рабочих предельных гладких калибров, является безусловное обеспечение качества изготовленной продукции по результатам контроля при неизменном выполнении условия, чтобы правильно изготовленная по калибрам рабочего деталь не была бы забракована при контроле с использованием калибров, принадлежащих контролерам отдела технического контроля. Одним из основных требований, предъявляемых к калибрам является обеспечение стабильности их размеров в процессе эксплуатации. Изменение размеров калибров может происходить поя действием внутренних остаточных напряжений, а также при несоблюдении правил хранения и эксплуатации. С целью снижений влияния на стабильность металл калибров при их изготовлении подвергают искусственному старению.
По характеру измерительного контакта различают калибры с поверхностным линейным и точечным контактом.
По конструктивному устройству гладкие предельные калибры для контроля валов и отверстий разделяют на цельные и составные, однопредельные и двухпредельные, односторонние и двухсторонние, регулируемые и нерегулируемые (жесткие).
Однопредельные пробки или скобы применяют при контроле деталей относительно больших размеров.
Двухсторонние двухпредельные калибры несколько ускоряют контроль, однако предусмотрены лишь для размеров до 50 мм.
Автоматические средства контроля
Средства активного контроля позволяют устранить влияние на обрабатываемое изделия различных факторов : износ режущего инструмента , тепловые деформации , силовые деформации.
Средства активного контроля можно разделить на три основные группы
1) Средства активного контроля, устанавливаемые до обрабатывающей позиции, позволяют оценить заготовку перед обработкой по одному или нескольким параметрам (размеру, состоянию поверхности).
2) Средства активного контроля в процессе обработки предназначены для непрерывного или дискретного измерения обрабатываемой детали (прямым или косвенным способом).
3) Средства активного контроля после обработки , называемые также подналадчиками, применяют в том случае, если получение заданного размера обеспечивается установкой рабочей поверхности режущего инструмента.
Средства активного контроля состоят из отдельных узлов.
Командные устройства, преобразующие измерительную информацию в сигнал - команду.
Электроконтактные преобразователи преобразуют механическое перемещение измерительного штока в электрических сигнал управления.
В индуктивных преобразователя используется свойство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изменении некоторых ее параметров, определяющие индуктивность L.
В емкостных измерительных системах используется преобразование линейных перемещений в изменение электрической емкости конденсатора.
Средство активного контроля для шлифовальных станков.
Измерительные 6, 9 наконечники прибора измеряют непосредственно диаметр D детали 7 (см. рис. 3.3.1). Скоба 5 плавающая, подвешена шарнирно на плоской пружине 3, закрепленной на стойке 2 устройства, находящегося на станине 1 станка. Базой измерений является поверхность обрабатываемой детали, закрепленной в центрах станка.
Внутришлифовальные станки получили наибольшее распространение при производстве подшипников , они применяются при обработке желобов и отверстий колец подшипников.
Выбор средств измерения и контроля
Правильный выбор средств измерения (контроля) обеспечивает получение достоверной информации об измеряемом объекте и позволяет оптимизировать затраты производства на контрольные операции.
Выбор средств измерения и контроля зависит от целого ряда факторов, таких как масштаб производства, организационно-технические формы контроля, принятые на производстве.
Так, в индивидуальном и мелкосерийном производстве номенклатура выпускаемых изделий достаточно широкая, объем выпуска небольшой и часто изменяемый. Высокое качество изделий зависит в основном от индивидуальных навыков и квалификации операторов.
При серийном производстве, как правило, изготавливают взаимозаменяемые детали, узлы и изделия, номенклатура которых не меняется в течение достаточно продолжительного времени.
При массовом производстве номенклатура изделий постоянна в больших количества в течение длительного времени изготавливаются взаимозаменяемые детали, узлы изделия. Качество изделий обеспечивается отработанной технологией.
Применение контрольных автоматов должно быть экономически обоснован, так как их стоимость достаточно высока и для обслуживания требуются квалифицированные наладчики.
Выборочный контроль, при котором устанавливают объем выборки в зависимости от стабильности технологического процесса, совокупности контролируемых признаков. Статистический метод выборочного контроля применяется для приемки готовых изделий .
Использованная литература
Подобные документы
Выбор методов и средств для измерения размеров в деталях типа "Корпус" и "Вал"; разработка принципиальных схем средств измерений и контроля, принцип их функционирования, настройки и процесса измерения. Схема устройства для контроля радиального биения.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 18.05.2012
Основные методы и средства для измерения размеров в деталях типа "вал" и "корпус". Расчет исполнительных размеров калибров для контроля шлицевого соединения с прямобочным соединением. Схема измерительного устройства для контроля радиального биения.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 27.08.2012
Характеристика методов измерения и назначение измерительных приборов. Устройство и применение измерительной линейки, микроскопических и штанген-инструментов. Характеристика средств измерения с механическим, оптическим и пневматическим преобразованием.
курсовая работа [312,9 K], добавлен 01.07.2011
Типы линейных размеров детали: номинальный, действительный, предельный. Виды измерений по способу нахождения численного значения физической величины, числу наблюдений. Калибровка измерительных приборов. Датчики и инструменты контроля линейных размеров.
презентация [1,2 M], добавлен 24.04.2016
Классификация качественных видов контроля. Анализ детали. Требования точности ее размеров. Выбор средств измерения для линейных размеров, допусков формы и расположения поверхностей. Контроль шероховатости поверхности деталей. Принцип работы профилографа.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 05.01.2015
Общие вопросы основ метрологии и измерительной техники. Классификация и характеристика измерений и процессы им сопутствующие. Сходства и различия контроля и измерения. Средства измерений и их метрологические характеристики. Виды погрешности измерений.
контрольная работа [28,8 K], добавлен 23.11.2010
Приборы и оборудование, необходимые для определения размеров микрообъектов поверхности износа. Анализ оптико-электронного метода измерения размеров микрообъектов. Методика определения цены деления пиксельной линейки. Выполнение реальных измерений.
Средства измерений и контроля с оптическим и оптико-механическим преобразованием
Оптико-механические измерительные приборы. Эти приборы находят широкое применение в измерительных лабораториях и в цехах для измерения размеров калибров, плоскопараллельных концевых мер длины, точных изделий, а также для настройки и проверки средств активного и пассивного контроля. Эти приборы основаны на сочетании оптических схем и механических передач. К оптико-механическим измерительным приборам относятся: пружинно-оптические измерительные головки (оптикаторы), оптиметры, ультраоптиметры, длиномеры, измерительные машины, интерферометры и ряд других приборов.
Рис. 2.25. Оптиметр: а — вертикальный; б — горизонтальный
Рис. 2.26. Оптическая схема оптиметра:
7 — окуляр; 2 — зеркало; 3 — трехгранная призма; 4 — стеклянная пластинка; 5— призма полного отражения; 6 — измерительный стержень; 7 — зеркало поворотное; в — объектив
Оптиметр состоит из измерительной головки, называемой трубкой оптиметра, и вертикальной или горизонтальной стойки. В зависимости от вида стойки оптиметры подразделяют на вертикальные (например, ОВО-1, или ИКВ) (рис. 2.25, а) и горизонтальные (например, ОГО-1, или ИКГ) (рис. 2.25, б). Выпускают также горизонтальные и вертикальные проекционные оптиметры (ОГЭ-1 или ОВЭ-02). У последних отсчет результата измерения производится по шкале, проецируемой на экран. Вертикальные оптиметры предназначены для измерений наружных размеров деталей, а горизонтальные — для измерения как наружных, так и внутренних размеров.
В оптической схеме оптиметров использованы принципы автоколлимации и оптического рычага. Принцип действия трубки оптиметра показан на рис. 2.26. Лучи от источника света направляются зеркалом 2 в щель трубки и, преломляясь трехгранной призмой 3, проходят через шкалу, имеющую 200 делений, нанесенных на плоскость стеклянной пластинки 4. Пройдя шкалу, луч попадает на призму полного отражения 5 и, отразившись от нее под прямым углом, направляется на объектив 8 и зеркало поворотное 7. Качающееся зеркало пружиной прижимается к измерительному стержню 6. При перемещении стержня 6, опирающегося на измеряемую деталь, зеркало 7 поворачивается на угол а вокруг оси, проходящей через центр опорного шарика, что вызывает отклонение отраженных от зеркала 7 лучей на угол 2а. Отраженный пучок лучей объективом превращается в сходящийся пучок, который дает изображение шкалы. При этом шкала смещается в вертикальном направлении относительно неподвижного указателя на некоторую величину, пропорциональную измеряемому размеру. Изображение шкалы наблюдается в окуляр 1, как правило, одним глазом, что утомляет контролера. Для обеспечения отсчета на окуляр 1 надевают специальную проекционную насадку, на экране которой можно наблюдать изображение шкалы обоими глазами. Основные метрологические характеристики оптиметров см. в табл. 2.9.
Оптический длиномер (рис. 2.27, а) состоит из измерительной головки и вертикальной или горизонтальной стойки. Схема работы длиномера показана на рис. 2.27, б. Конструкция длиномера соответствует принципу Э.Аббе, т. е. основная шкала является продолжением измеряемой детали 3. В пиноли 5 закреплен измерительный наконечник 4, входящий в соприкосновение с измеряемой деталью 3. Сила тяжести пиноли 5 уравновешена противовесом 1, который перемещается внутри масляного демпфера 2. Пиноль 5 соединена с противовесом стальной лентой 9, перекинутой через блоки, причем измерительная сила длиномера определяется разностью масс пиноли 5 и противовеса 1. Эта сила регулируется с помощью грузовых шайб 8. Отсчеты по стеклянной шкале 6, освещаемой источником света S, производят с помощью отсчетного микроскопа 7 со спиральным нониусом.
В настоящее время все большее распространение получают длиномеры с цифровым отсчетом, на табло которых высвечивается непосредственно измеряемый размер.
Основные метрологические характеристики оптических длиномеров см. в табл. 2.9.
Наименование и тип прибора
Цена деления шкалы, мкм
Пределы измерений по шкале, мкм
Пределы допускаемой погрешности на любом участке шкалы в пределах 100 делений, мкм
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра метрологии и стандартизации
"Оптические рефлектометры. Оптические измерители мощности"
Оптические рефлектометры
Оптические рефлектометры действуют по принципу локатора. В линию посылается импульс малой длительности, часть которого распространяясь по волокну, возвращается или рассеивается ко входу вследствие рэлеевского рассеяния и френелевских отражений от неоднородностей ОВ (дефекты волокна, сварки, соединителей и других). Рефлектометр регистрирует отраженный (рассеянный назад) сигнал в координатах: принимаемая мощность – время (расстояние) и измеряет его параметры. Структурная схема оптического рефлектометра представлена на рисунке 1.
ОИС – оптический источник сигнала; НО – направленный ответвитель;
ОС – оптический соединитель; ФП – фотоприемник;
БуиОС – блок усиления и обработки сигнала; РС – регистрирующая система.
ОИС состоит из мощного лазера, который генерирует повторяющиеся импульсы длительностью от 5 до 100нс, мощностью от 100мВт до нескольких Вт, с частотой повторения несколько килогерц, которую задает УУ.
Световые импульсы вводятся в ОВ через ОС. ПОР через ОС иНО поступает на чувствительный ФП, который преобразует оптические импульсы в электрический сигнал. Причем, НО препятствует попаданию светового импульса в ФП до его прохождения по оптическому волокну. После обработки электрического сигнала в БУиОС он подается на вход у осциллографа РС, вызывая в каждый момент времени отклонение луча пропорционально мгновенному значению уровня мощности ПОР. При этом уровень в начальный момент времени Р0 определяется отражением зондирующего сигнала от торца ОВ.
На рисунке 2, представлены две типичные кривые ПОР.
Кривая а соответствует идеальному ОВ и характеризуется плавным уменьшением ПОР. Кривая б характерна для реального ОВ. Начальный выброс О обусловлен френелевским отражением в ОС, соединяющим прибор с ОВ. На однородных участках ОВ кривая представляет собой спадающую экспоненту 1ПОР. Скачки затухания 2 обычно обусловлены дефектами ОВ в местах его сварки. Маленькие инородные включения, а также пузырьки воздуха в волокне вызывают отражение в виде небольших выбросов 3. Интенсивный отраженный сигнал 4 возникает у конца ОВ. При несогласованных разъемах или сращивании ОВ возникают отражения и скачок затухания 5. В случае сварки волокон с различными потоками обратного рассеяния возникает скачок затухания 6, который может быть положительным при большей величине обратного рассеяния второго отрезка по сравнению с первым.
Измерение затухания оптических волокон и оптических кабелей методом обратного рассеяния
По осциллограмме (рефлектограмме), полученной на экране оптического рефлектометра (рисунок 3), можно определить затухание всего волокна или отдельных его участков.
Измерение затухания отрезка ОВ длиной l определяется следующим образом:
1) если ось У проградуирована в единицах мощности, то затухание в дБ определяется по формуле
а километрическое затухание в (дБ/км) определяется по формуле
Измерение дисперсии оптических волокон методом обратного рассеяния.
Измерение дисперсии осуществляется при зондировании ОВ короткими импульсами и наблюдении на экране осциллографа входных и выходных импульсов. На рисунке 5 приведена структурная схема измерения дисперсии.
На конце ОВ устанавливается зеркало, отражающее световой импульс с коэффициентом отражения близким к 1. При измерении дисперсии осциллограф работает в ждущем режиме. Он должен иметь достаточную скорость развертки, позволяющую наблюдать импульсы пико - и наносекундной длительности.
Управление работой ЭО осуществляется с помощью БЗСиУ. Необходимость этого блока обусловлена тем, что длительность измеряемых импульсов для широкополосных систем составляет 3. .8нс, что на 3-4 порядка больше времени задержки входного и выходного импульсов. Поэтому чтобы иметь возможность одновременного наблюдения на экране ЭО входного и выходного импульсов, необходимо иметь точную, практически плавную, регулируемую линию задержки, с помощью которой можно обеспечить задержку входного импульса до момента прихода выходного импульса. Такие функции позволяют обеспечить линии с цифровой задержкой с плавным регулированием задержки. Это позволяет совмещать на экране ЭО фронты входного и выходного импульсов.
Значение дисперсии или уширения импульса определяется по формуле:
Структурная схема ОИМ приведена на рисунке 6.
В качестве оптических детекторов (ОД) в основном используются твердотельные фотодиоды. Они должны иметь равномерную частотную характеристику, а также высокую температурную и временную стабильность и малый уровень собственных шумов.
ОД преобразует входной оптический сигнал в электрический, который усиливается и преобразуется к цифровому виду. В сигнальном процессоре производится пересчет полученного электрического сигнала в результаты измерения мощности, которые затем представляются на экране цифрового дисплея.
Основной характеристикой ОИМ является равномерность зависимости выходного сигнала ОД от мощности входного оптического сигнала на разных длинах волн. В зависимости от этого сигнальный процессор должен в большей или меньшей степени компенсировать неравномерность характеристики детектора.
Если ОД обладает хорошими характеристиками, то сигнальный процессор может иметь менее сложную структуру. Поэтому при разработке измерителя всегда решается оптимизационная задача между стоимостью ОД и сложностью и стоимостью сигнального процессора.
В зависимости от модели диапазон измерения мощности находится в пределах от нескольких мкВт до единиц Вт. Погрешность измерения – единицы процента.
Метод прямого измерения затухания, вносимого оптическим кабелем
Схема такого измерения приведена на рисунке 7.
При измерении мощности этим методом измеряется мощность сигнала на входе кабеля Р0 и на его выходе Рl.
По определению, затухание кабеля в дБ и километрическое затухание в дБ/км определяется по формулам:
ИОС источник оптического сигнала;
ОИМ оптический измеритель мощности;
Данные измерения используют для выбора направления передачи оптического сигнала по ОК.
Измерение затухания с разрушением кабеля (с обламыванием концов оптического волокна)
Этот метод используется в случае измерения параметров оптических волокон с малыми потерями (1дБ/км и менее).
Схема измерения аналогична представленной на рисунке 2.30. При этом методе применение иммерсионной жидкости, СМ и ФМО становится обязательным.
Измерения проводят в следующей последовательности.
Сначала измеряют значение мощности на выходе ОВ Pl. При малых значениях затухания качество обработки торцов ОВ приобретает большое значение. Поэтому для повышения точности измерения мощности ее измеряют несколько раз, обламывая конец ОВ на несколько сантиметров в точках Х6, Х5 и Х4, как показано на рисунке 10.
Перед каждым измерением мощности подготавливают торец волокна, сравнивая измеренные значения мощности Рl4, Рl5,Pl6, можно установить влияние плохо подготовленных торцов или их загрязнение.
В качестве результата измерения Pl выбирают наибольшее из полученных значений Рl4, Рl5,Pl6.
Аналогично измеряется и мощность на входе волокна в точках Х1, Х2, Х3, но на ее значение имеет влияние не только качество подготовленных торцов, но и неполное установление модового состава на входе волокна. Поэтому Р0 измеряют на расстоянии 3-4м от входного торца ОВ. Погрешность измерения этим методом имеет значение порядка 0,1…0,05 дБ.
ЛИТЕРАТУРА
Метрология и электроизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов / А.С. Сигов, Ю.Д. Белик. и др. / Под ред.В.И. Нефедова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005.
Бакланов И.Г. Технологии измерений в современных телекоммуникациях. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2007.
Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учеб. пособие для вузов /Под ред. Б.П. Хромого. – М.: Радио и связь, 2006.
Читайте также: