Измерительный контроль (стр. 5 из 13)

Светоделительная призма 3 используется для разделения светового пучка на два канала (визуального и измерительного канала).

Она представляет собой две склеенные призмы АР-90˚ , между которыми нанесено светоделительное покрытие.

Окуляр используется для наблюдения светового пятна на фотоприемнике 7.

Фотоприемником 7 является фотодиод ФД-К- 142 основные характеристики которого приведенными в таблице 3.

Таблица3

Основные параметры фотодиода ФД-К-142 (Т=20±5˚С)

Характеристики	Обозначения	Ед. измер.	Параметры
Размер фоточувствительного элемента (количество элементов)	Ø	мм	Ø13,7 квадрантный (4)
Область спектральной чувствительности	∆λ	мкм	0,3…1,1
Длина волны максимума спектральной чувствительности	∆λмакс	мкм	0,72…0,85
Рабочее напряжение	Up	В	120
Темновой ток	Iт	мкА	1,5
Токовая интегральная чувствительность	SI инт	мкА/лм (мкА/лк)	10
Постоянная во времени	τ	c	8х10-8
Коэффициент фотоэлектрической связи	КФС	%	5
Сопротивление изоляции между корпусом и выводом	-	мОм	200
Масса	-	г	15

4.1Расчет объектива

При построении оптической системы необходимо учитывать особенности синтеза сигнальной характеристики. Иначе говоря, зависимости сигнала на выходе от смещения оптической оси относительно начального значения. За начальное смещение понимается такое положение, когда оптическая ось пучка излучения попадает точно на границу раздела двух приемных площадок. Разностный сигнал при смещении пучка образуется за счет неравенства потоков излучения, приходящих на верхнюю и нижнюю приемные площадки. Высокие требования к точности измерения потоков излучения (дополнительная погрешность 0,02 мм) предполагает работу приемника излучения с высокой линейностью световой характеристики. Искажение этой характеристики происходит от двух факторов:

1. Падение эффективности приемника в краевой зоне;

2. При не точном попадании луча в вертикальной плоскости эффективный размер его уменьшается и может происходить виньетирование пучка излучения.

Поэтому соотношение пучка светового диаметра луча и приемной площадки необходимо выбирать из условия:

Dпучка+ 2 x1,5 + 0,5 ≤ Dприемника (4)

Где 1,5 - диапазон измеряемых отклонений;

0,5- зона падения эффективности фотоприемника.

В этом соотношении не учитывается горизонтальное смещение пятна относительно приемника, вызванное погрешностью наведения. Величина погрешности наведения обычно задается частью пятна. Типовые значения бывают от (0,3 ÷0,4) Dпучка. Выходя из выше приведенных условий, выбираем размер пучка изображения.

Dпучка изображения=8мм при световом диаметре приемника излучения 13,7 мм.

Для формирования на площадке фотоприемника светового пятна конечного размера в качестве предмета используем диафрагму, диаметр отверстия которой, согласно техническому заданию, равен 0,1 мм.

Dпучка предмета=0,1 мм.

Исходя из критериев уменьшения габаритов, был выбран телеобъектив.

Угол расхождения излучения находится следующим соотношением:

(5)

где

- угол расхождение излучения;

- световой диаметр изображения;

-расстояние от приемника излучения до диафрагмы.

Рассчитываем фокусное расстояние объектива.

(6)

где

- фокусное расстояние объектива;

- высота диафрагмы

На расстоянии 212,5 мм угол расхождение излучения определяется соотношением:

(7)

где

- угол расхождение пучка лучей лазерного диода;

- световой диаметр линзы;

- фокусное расстояние объектива.

Зная световой диаметр линзы, и учитывая расходимость пучка лучей лазерного диода, находим расстояние от лазерного диода до диафрагмы следующим соотношением:

(8)

где

- расстояние от лазерного диода до диафрагмы;

- высота диафрагмы

мм

Таким образом, расстояние от лазерного диода до диафрагмы составляет 2,65 мм.

По результатам габаритного расчета объектива получаем следующие величины:

Конструктивные параметры объектива:

R1=17,62 d1=33,205 тф4

R2=167,11 d2=2,0 1

R3=25,47 d3=4,0 лф5

R4= - 29,79 к8

Параксиальные характеристики объектива:

= - 212,5

= 212,5

= - 67, 7744

= 536,9299

= -144,7256

= 324,4298

4.2Расчет светоделительной призмы

Размеры светоделительной призмы и расстояние были выбраны из конструктивных соображений. С учетом допусков размер светоделительной призмы равен 8х8 мм.

4.3 Расчет пентапризмы

Расчет размеров пентапризмы ведется от последней поверхности линзы объектива до ее входной грани, расположенной на расстоянии

. Так как объектив формирует параллельный пучок лучей, то световой диаметр входной и выходной грани, с учетом допусков будет равен 10,25 мм.

Находим длину хода луча в призме

из следующего соотношения:

=3,414 D(9)

= мм

4.4 Расчет окуляра

Для наблюдения и юстировки светового пятна на фотоприемнике введен наблюдательный канал. Для того чтобы глаз мог рассмотреть изображение предмета, необходимо иметь на выходе окуляр. Окуляр должен находится в фокальной плоскости объектива.

= - 67, 7744 мм

Световой диаметр приемника излучения

равен 14 мм.

Диаметр глаза

равен 4,5 мм.

Выбираем окуляр таким образом, чтобы фокальная плоскость объектива была равна фокальной плоскости окуляра.

По результатам габаритного расчета окуляра получаем следующие величины:

Конструктивные параметры окуляра:

R1= 149,75 d1= 2,68 тф1

R2= 28,01 d2= 7,15 бк6

R3= -37,1 d3=34.42 1

R4=137,85 d2=7,15 к8

R5= -63,01

Параксиальные характеристики окуляра:

= -49,99

= 49,99

= -21,5902

= 19,8969

= 28,4097

= -30,103

= 0,9685

5.ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Для обеспечения работоспособности любого оптико-электронного прибора важно получить определенные энергетические соотношения между полезным сигналом, т.е. сигналом от наблюдаемого объекта, и порогом чувствительности прибора - минимальным сигналом, при котором происходит надлежащее срабатывание оптико-электронного прибора. Порог чувствительности оптико-электронного прибора определяется обычно шумами. Определение этих соотношений и на их основе некоторых важнейших параметров оптико-электронного прибора (например, мощности источника, дальности действия, размера входного зрачка и.т.д.) составляет основное содержание и цель энергетических расчетов.

Последовательность энергетического расчета:

1.Расчет коэффициента использования лазера;

2.Расчет коэффициента светопропускания;

3.Расчет полного сигнала приемника;