Измерительный контроль (стр. 6 из 13)

4.Расчет крутизны сигнальной характеристики;

5. Расчет уровня сигнала соответствующий дополнительной погрешности;

6. Соотношение сигнал шум.

5.1 Расчет коэффициента использования лазера

При определении коэффициента использования лазера необходимо учитывать параметры оптической системы и светотехнические требования к обеспечению работы прибора. Прибор работает на дистанции от1м до 17м. В этом случае распределение энергии принципиально меняется. В ближней зоне определяется освещенностью входного и выходного зрачков объектива, а в дальней зоне соответствует распределению освещенности полевой диафрагмы. Для обеспечения условия равномерности освещенности необходимо отказаться от максимального использования лазера, а использовать только ту часть, когда индикатриса ( угловое распределение лазера) равномерна.

Определяем светопропускание излучателя на основании оптической схемы, которая задает расположение лазера, полевой диафрагмы, объектива. Затем находим коэффициент использования лазера, который определяет телесный угол, под которым со стороны лазера наблюдается объектив.

Находим телесный угол оптической системы:

(11)

где

- телесный угол оптической системы;

-площадь выходного зрачка;

-длина оптической системы.

(12)

Находим телесный угол излучения лазера:

(13)

где

- телесный угол излучения лазера;

Θ׀׀– расходимость излучения в горизонтальном направлении;

Θ┴ – расходимость излучения в вертикальном направлении.

Находим коэффициент использования лазера:

(14)

5.2 Расчет коэффициента светопропускания

Коэффициент светопропускания можно вычислить по формуле (15):

(15)

где

- коэффициент отражения от поверхности деталей на границе воздух- стекло для непросветленных деталей из стекла с показателем преломления

;

-коэффициент поглощения стекла оптических деталей системы;

- длина хода осевого луча в деталях (см);

-коэффициент отражения зеркальных непрозрачных покрытий и светоделительных покрытий;

- коэффициент пропускания светоделительных покрытий;

- число деталей системы;

- число поверхностей, граничащих с воздухом, кроме поверхностей со светоделительным и зеркальным покрытием;

-число поверхностей со светоделительным покрытием в условиях работы на пропускание.

0,29

5.3 Расчет полного сигнала приемника

Находим эффективный поток лазера по формуле (15):

(15)

где

- эффективный поток лазера;

- полный поток без учета пропускания системы.

Вт

Поток, приходящий на приемник излучения уменьшается в зависимости коэффициента светопропускания. Тогда полный поток с учетом пропускания системы будет равен:

(16)

Вт

5.4 Расчет крутизны сигнальной характеристики

Величина тока сигнала приемника, попадающего на одну из половин, будет равна:

(17)

Из параметров приемника токовая чувствительность -

равна 0,4 А / Вт, а относительная чувствительность -

- 0,75

В качестве согласующего усилителя используем преобразователь ток – напряжения с

ом

(18)

Далее необходимо найти крутизну сигнальной характеристики при смещении пятна на приемной площадке. Для этого находим приращение сигнала при смещении на 1 мм. Величину приращения сигнала находим из условия пропорционального изменения сигнала и изменения засвечиваемой площадке приемника.

Площадь засветки приемника равна 50,26 мм.

При смещении пятна на 1 мм приращение площади будет 8 мм, тогда приращение сигнала будет:

(19)

5.5 Расчет уровня сигнала соответствующий дополнительной погрешности

Находим величину электрического сигнала, соответствующей дополнительной погрешности:

(20)

5.6 Соотношение сигнал шум

Находим напряжение шума.

Шум определяется дробовым током фотоприемника с учетом

Дисперсию тока дробового шума в полосе частот

определяют по формуле Шоттки:

(21)

где

- заряд электрона;

;

- среднее значение тока в приемнике. Из паспортных данных приемника

- частота.

Протекая по нагрузочному сопротивлению

, ток дробового шума создает напряжение шума:

(22)

(23)

По результатам энергетического расчета можно сделать 2 заключения:

1.Дисперсия отсчетов, вызванная шумовыми флуктуациями сигнального тока пренебрежительно мала;

2. Уровень сигнала соответствует дополнительной ошибки равной 17 мВ, что позволяет использовать простой 10 бит АЦП для управления шкалы индикатора без дополнительного усилителя.

6.АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ УСТРОЙСТВА